管壳式换热器节能减排技术的应用研究

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1、管壳式换热器节能减排技术的应用研究摘要：在石油化工行业中，管壳式换热器的应用越来越广泛。高效换热器的使用能够使金属材料的消耗得到降低，从而使能源的利用率得到进一步的提升，达到节能减排的目的。管壳式换热器节能减排技术的研究和应用主要集中在两个方面：管程强化传热和壳程强化传热，本文对此进行了简要的介绍，旨在进一步推进管壳式换热器的节能减排技术应用和研究。中国4/vie　　关键词：节能减排；换热器；管壳式　　中图分类号：TH21.5文献标识码：A：1673-1069（2016）20-162-2　　0引言　　在一些高能耗的产业部门中都要应用到换热器，例如动力、石油、化工等。由于化石能源的

2、紧缺，我国在各行各业积极倡导节能减排，这也进一步推进了换热器节能技术的发展。换热器中应用最广泛的一种就是管壳式换热器，管壳式换热器的节能减排技术主要针对增大传热面积和提高传热系数两个方面，通过强化传热技术来实现节能减排的目的。　　1管壳式换热器的管程节能技术应用　　在管壳式换热器中，强化传热，指的是通过对光管进行加工，将其加工成为各种形状的异形管，或者在管内插入其他物体来进行传热强化，这样可以对传热面积进行扩展，使流体的湍流速度增加[1]。　　1.1管内插入件　　为了对管内的单向流体传热进行强化，可以使用管内插入件的方法。常用的管内插入件主要有静态混合器、螺旋片、螺旋线圈、纽带等

3、。与光管相比，将麻花片纽带加入到管内，能够增加55%-95%的管的换热系数，70%-400%的摩擦系数。这是由于管内液体从层流到湍流时的临界雷诺数会因为管内的插入物而降低，使其具有更好的强化传热效果。　　1.2针翅管　　针翅管不仅能够节省支撑板材料，而且能够使传热面得到有效的扩大，并使流体产生强烈的扰动，有着良好的强化传热效果。针翅管可以作为油品换热器中的换热管，以代替传统的螺纹管和钢管，其具有含尘高温烟气、高粘度介质、低传热膜系数，在余热回收以及纵向流管束换热中都可以得到有效的应用[2]。　　1.3带内凸肋结构管　　带内凸肋结构管的显著特征就是管壁上存在有内凸肋结构，应用比较广

4、泛的带内凸肋结构管是横纹管和螺旋槽管。通过对光管进行挤压可以制成螺旋槽管，通过无相变或有相变的传热，螺旋槽管的管壁条纹能够使管内外的传热系数得到明显的提高。与此同时冷凝液膜也会产生附加的表面张力，从而使冷凝传热热阻减少，横纹管的制作比较简单，选择普通圆管，通过滚轧的方式在管外壁制作出一些凹槽，并在管内制作出凸起的环肋，凹槽的方向垂直于轴线。当横向环肋中有液体流过时，就会形成轴向旋涡，使边界层的扰动不断增加，促使边界层的分离，热量传递比较有利。而且一个漩涡消失又会产生另一个涡流，从而对其强化传热作用进行稳定。　　在冷凝、沸腾、对流的工况中都比较适用带内凸肋结构管，这是由于其具有并强

5、化传热的功能。单头螺旋纹管的流体阻力略大于横纹管，但其具有更好的传热性能。　　1.4缩放管　　使用一次交替的多节渐扩段和渐缩段能够构成缩放管。在管壁面收缩的作用下，流经缩放管的液体压力会出现周期性变化，从而产生涡流，涡流会对流体的边界层进行冲刷，减薄边界层，从而达到增加传热系数的目的。而且管内外单向流体的传热都可以得到有效的强化，在流阻损失不变的前提下，与光管相比，使用缩放管能够增加70%左右的传热量。根据相关研究，缩放管扩张段的局部换热系数逐渐下降，其收缩段具有较强的凭据换热能力。这是由于收缩段的流体加速，能够强化传热，而扩张段流体减速，会弱化传热。当前的缩放管结构中，收缩压和

6、扩张段的长度各占一半，由于扩张段的比例较大，一定程度上影响了缩放管的总体传热效率。因此可以适当的减少扩张段的长度，增加收缩段的长度，并运用平直链面连接方式作为缩放连接处，对流体阻力进行进一步的减小[3]。　　1.5三维内肋管　　使用专门的工具和方法加工普通圆管的内壁，能够使其成为三维内肋管，其是一种局部强化传热元件。三维内肋管具有以下几点传热机理：第一，三维内肋管对管内传热面积进行了进一步的扩大；第二，三维内管中的各肋都可以成为扰动源，使流体流动的紊动度增加；第三，肋间的近壁面处流体会进一步加速，从而使热边界层的厚度进一步减薄；第四，三维肋会受到流体的横向冲刷，从而增大肋与流体的

7、换热系数；第五，三维内肋管中的流体会形成周期性振动。　　通过相关实验表明，与光管相比，三维内肋管的空气换热倍数为5.8倍，在相同工况下，三维内肋管的管内沸腾换热是光管的2-5倍，凝结换热是光管的3-5倍。然而其缺点在于具有比较复杂的加工工艺，而且清洗比较困难[4]。　　2管壳式换热器的壳程节能技术应用　　支撑管束是管壳式换热器中管束支撑结构的主要作用，通过支撑管束能够使有效地控制流体的流速和流行，避免流体诱导振动而造成的管子失效。在管壳式换热器中，壳程的关键部件就是管束支撑结构。