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1、2006年第1期内蒙古石油化工1管壳式换热器研究进展X董其伍,刘敏珊,苏立建(郑州大学热能研究中心CADöCAE研究室郑州,450002)摘要根据国内外现有的管壳式换热器的发展情况,着重介绍了管壳式换热器的发展进程和现状,并且分析比较了它们的优缺点。关键词管壳式换热器;折流板;自支承;折流杆1引言降下,则可以使壳程流速提高2倍以上,传热率可提[3]换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设高50%以上。备,是在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应2.1.2整圆形折流板用普遍。在炼油、化工装置中换热器占总设
2、备数量的整圆形折流板即是在折流板上不开缺口,只是40%左右,占总投资的30%-45%。近年来随着节整圆形的折流板上开一些大、小圆孔,矩形孔,梅花能技术的发展,换热器的应用领域不断扩大,带来了孔,网状孔,偏心孔等。这些整圆形折流板的特点是[1]显著的经济效益。目前,在换热设备中,管壳式换能够使流体纵向通过折流板,而且也有绕流作用,从热器使用量最大。因此对其进行研究就具有很大的而使得壳程换热率得到提高。此外当流体通过管子意义。与孔壁的间隙时还有射流情况存在,射流时流体流2换热器壳程支承结构的发展速高,这就使得流体
3、冲刷管子,使得管壁的边界层减管壳式换热器根据其管束支承结构不同可分为薄,使壁面不易结垢,并且强化传热。整圆形折流板四种形式:板式支承,如弓形折流板换热器;杆式支主要包括大、小圆孔折流板,异形管孔折流板,网状承,如折流杆换热器;空心环支承,空心环换热器;管孔折流板,偏心孔折流板。[2]子自支承,如刺孔膜式换热器。2.1板式支承结构的发展传统的管壳式换热器采用单弓形折流板支承,由于壳程流体在转折和进出口两端涡流的滞留区易产生传热死区,传热面积无法得到充分利用,并且当流体横向流过管束时,流体在管子后方形成的卡曼涡街
4、产生周期性交变应力,使管子发生流体诱导振[3]动。为了使折流板的性能得到改进,人们又提出了多弓形折流板、整圆形折流板、异形孔折流板、网状图1各种整圆形折流板板,偏心孔折流板。这些新型折流板支承结构的出现(a)小圆孔;(b)矩形孔;(c)梅花孔;(d)网状孔;(e)偏心孔[4]主要是为了使流体由横向流动变为纵向流动,从而①大圆孔折流板:大圆孔板折流板是在折流尽可能的消除死区,使得传热综合性能得到提高,也板上开有比管孔大的孔的整圆形折流板,这种支承使得管束的抗振性能得到增强。结构制造简便,即让管子穿过,又有足够的
5、间隙让流2.1.1多弓形折流板体通过,流动死区和弯路少,压降低,传热面积能够多弓形折流板包括双弓形和三弓形折流板,多得到充分利用,流体通过折流板时,流速得到提高,弓形折流板,与单弓形相比在结构上只是增加切口而且流体也得到了扰动,从而使得壳程传热效率得面积,使壳程纵向流流动增大,可以克服单弓形折流到提高。但是大圆孔的折流板对管束没有支承作用,板急剧回转流动造成的管束振动和压力降大的缺所以换热管易造成振动破坏。因此这种折流板具有陷。在相同的流速下,双弓形折流板可使壳程管束压较大的弊端,不能很好的得到运用。力降降低
6、到单弓形折流板的1ö6～1ö8;在相同压力②小圆孔折流板:为了解决大圆孔的支承不好X收稿日期:2005年10月28日作者简介:董其伍(1941-),男,浙江省鄞县人,郑州大学教授,博士生导师,主要从事传热装备及系统的模拟优化与综合方面的研究。2内蒙古石油化工2006年第1期的缺点,便提出了小圆孔折流板(图1-a),折流板使传热效率得到了提高。这种壳程流体纵流折流杆[5]上管孔等于管子外径,在管孔中间再开一些小孔,使式换热器与传统的板式换热器相比,具有传热效得流体从小孔中流过折流板,使得流体流速得到提率高、流体
7、阻力小、有效消除流体诱导振动的优点,高,并且流体通过管板时产生扰动,从而提高了壳程且不易结垢、质量轻、使用寿命强、设备投资及操作[6]换热率。由于这种折流板的管孔等于管子外径,使得费用低等优点。因此世界各国对该类型的换热器小圆孔折流板对管子有了很好的支承,防振性能得进行了深入的研究,出现了一种新的抗振结构的直到大大提高。但在管孔与管子间的缝隙内容易存储扁钢条;后来又有一些单位把圆杆变成波形扁钢;由杂质,容易造成管子结垢,及管子腐蚀。于圆杆在安装上比较困难,又有一些单位提出了把③异形孔折流板:针对小圆孔折流板的
8、缺点,有圆杆变为椭圆截面的杆。人有提出了异形孔折流板,如矩形孔(图1-b)、梅①折流杆式支撑:这种结构(图2)是4个为一花孔(图1-c)折流板结构等,异形孔折流板既能使组,称之为折流栅,每组折流栅包括2个横栅和2个流体通过板孔与管壁之间的空隙流过,而且也能够纵栅,每个折流栅是由若干平行的折流杆焊接在一很好的支承管子。当流体从空隙流过时,能够产生射个折流圈上而成。折流栅装置是折流杆换热器的核流,并且冲
