管壳式换热器新型强化传热技术

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1、第28卷第6期石油化工设备Vol.28No.61999年11月PETRO-CHEMICALEQUIPMENTNov.1999文章编号:1000-7466(1999)06-0042-04
管壳式换热器新型强化传热技术李尔国,俞树荣,何世权(甘肃工业大学石油化工学院,甘肃兰州730050)摘要:介绍了管壳式换热器的管程和壳程新型强化传热技术机理及其在高效换热器中的应用,并阐述了换热器的最新技术动向。关键词:管壳式换热器;管程;壳程;强化传热中图分类号:TQ051.501文献标识码:ANewheattransferaugmentationtechniquesofshell-and-tubeheat

2、exchangersLIEr-guo,YUShu-rong,HEShi-quan(PetrochemicalSchoolofGansuUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)Abstract:Methodsforimprovingtheheatexchangeinbothsidesintheshell-and-tubeheatexchangersaremain-lyintroduced.Thepropertiesandstructureofnewefficientshell-and-tubeheatexchangersaredescribed.D

3、evelop-mentofheatexchangertechnology,forexample,computationalfluiddynamics(CFD),isintroduced.Keywords:shell-and-tubeheatexchangers;tubeside;shellside;enhancementofheattransfer管壳式换热器具有结构坚固、适应性强、选材化选择方法进行了深入研究,发现单头螺旋槽管比[5]广、易于制造及成本低等优点,在化工等工业部门被多头螺旋槽管的性能好。将螺旋槽管用于甲醛余[6]广泛应用。为了提高和强化管壳式换热器的传热效热锅炉中,节约了材料

4、消耗及电耗;用于压缩机排率,近年来各国开展了许多研究工作,除了对管壳式气冷却,使传热强化了3倍;用于常减压原油-渣油[1～3]换热器,传热系数提高了1.2～1.5倍[6]。德国Hde换热器的设计方法作改进外,主要是对该类换热器的传热管件及结构作改动,从而实现强化传热。公司的螺旋槽管,管内传热效率明显地优于光管,当51管程强化传热2300

5、器代替原设计的光管换热器,总传热系数提高了2[8]螺旋槽能在有相变和无相变的传热中显著地提高管倍。美国加州GA技术公司开发的内外螺纹沟槽内外的给热系数,具有双面强化传热作用,其管内传管,其管子内侧和外侧均有波纹的螺旋槽,该管效率[9]比一些扩面管提高1.5倍,是普通光管的4倍。热强化主要由两种流动方式起决定作用,一是螺旋槽对近壁处流体流动的限制作用,使管内流体做整体螺旋运动来产生局部二次流。二是螺旋槽导致的形体阻力,产生逆向压力梯度使边界层出现分离。图1为螺旋槽管结构示图,D为管内径,e为凸起高度,P为凸缘间距。实验表明,当e/D在0.036～0.05时,P/e的最佳值约为15。流体在同样压

6、力损失下,图1螺旋槽管结构[4]其换热系数可增大1.25倍。华南理工大学对螺旋1.2内插件槽管管内流体的流态、强化传热机理及管参数的优内插件不仅可以促进管内流体形成湍流,同时
收稿日期:1999-05-25作者简介:李尔国(1975-),男,安徽省天长市人,硕士生。第6期李尔国,等:管壳式换热器新型强化传热技术·43·可以扩大传热面积,提高传热效率。目前管内内插物础上对管束进行优化设计,对光管用专用设备加工主要是利用各种金属的条、带、片和丝等绕制或扭曲而成的(图3),具有双面强化作用。由中国石化北京3成螺旋形(如麻花铁、螺旋线、螺旋带及螺旋片等),设计院设计的锦州石化公司锦州炼油厂2万m/h

7、或冲成带有缺口的插入带。为了寻找出一种既可提(标准状态)制氢装置中的脱丁烷汽油冷却器和吸收[6]高传热系数,压强又增加不大的内插件,华南理工大塔中段回流冷却器,若采用光管换热器,所需面积学与中国石化北京设计院合作,研制了交叉锯齿形较大,影响了平面布置。若选用内波纹螺旋管换热2内插件,可直接形成流体的混合。在U形管中插入器,则前者采用2台90m的换热器,后者采用2台2单、双螺旋片和螺旋线以强化沸腾传热,实验证明