强化传热技术及新型热交换器ppt课件.ppt

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1、强化传热技术及新型热交换器换热器是实现热交换过程的设备。它广泛应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻工、医药等部门，是量大面广的通用设备。以石油化工为例，各种换热器重量占工艺设备总重的40%。在年产30万吨的乙烯装置中，各种换热器达300-500台。换热器研究进展主要反映在：（1）将壳程强化传热技术应用于管壳式换热器（2）在换热器中采用各种异形管和异形翅片管（3）利用诱导振动强化换热器中的换热过程（4）将蜂窝陶瓷用于蓄热式换热器中典型两流程固定管板式管壳式换热器管壳式换热器三流程管壳式换热器四流程管壳式换热器浮头式管壳式换热器

2、U形管管壳式换热器管壳式换热器典型折流板管壳式换热器有不同的管子排列方式。正方形排列三角形排列三角形排列强化壳程的换热的途径有两种：1、改变管子的外形或在管外加翅片，即通过管子形状和表面特性的改变来强化传热,如螺旋槽管、横纹管、外翅片管等；2、改变壳程挡板或管间支撑物，以减小或消除壳程流动和传热的滞留死区，使传热面积得到充分利用。在管壳式换热器中与管内的换热相比，壳程的换热往往要弱得多，因此强化壳程的换热就显得很重要。折流板与折流型式-1折流板也有不同的形式，由于折流板形式不同，壳侧折流的情况也不一样。折流板的作用：1）作为管子的支撑结构；2）使壳侧流体提高流速并

3、横掠管束，从而强化传热。折流板的缺点：1）壳侧流动阻力大；2）存在流动死区和折流板孔隙的漏流，使实际传热效果低于理论值；3）引起诱导振动，从而导致管子断裂。漏流损失主流壳间的间隙漏流折流板孔隙漏流1）漩涡脱落；2）紊流抖振；3）流体弹性激振。流体横掠管束引起诱导振动的原因：紊流能谱及其响应：流体横掠速度与振动振幅：1）管子互相碰撞，当管子振动振幅大到足以使相邻管子经常撞击时，就会使管壁磨损变薄，直至破坏；2）管子与折流板孔壁因振动而不断撞击，从而引起管子破裂；3）振动使管子与管板连接处受到很大的应力，久而久之就造成胀接和焊接点因应力而损坏，并造成接头泄漏；4）管子

4、因振动反复弯折而引起应力疲劳，长时间连续振动就会导致管子破裂；5）振动引起应力脉动，会使管材中的微观缺陷扩展，直至产生裂纹。诱导振动对换热器的损伤主要表现在：减少诱导振动的措施有：1）降低横掠管束的流速；2）提高传热元件的固有频率，如增加管壁厚度、减少管子跨度等。显然，这两个措施是矛盾的。若要减少管子跨度，就需增加折流板的数目。而折流板的数目增加，又会使横掠管束的流速增加。此时为减小流速，就只有增加壳体的直径，而且流速降低会使换热系数下降。最有效的防止诱导振动的方法是使流体由横掠管束改为纵掠管束。但纵掠管束的换热系数又不如横掠管束。这也是一对矛盾。这也正是新型折流

5、杆管壳式换热产生的背景。诱导振动的减少与防止改进板式支撑结构双弓形及多弓形折流板螺旋折流板整圆形隔板花隔板折流板与折流型式-2折流板与折流型式-3螺旋折流板是将传统的垂直弓形板换成螺旋状或近似于螺旋状的折流板，折流板与换热器壳体的横断面有一个倾斜角度，从而使流体在壳程沿螺旋通道流动将壳程流体由横掠管束改为纵掠管束就能完全消除流动死区并防止管子产生诱导振动。但众所周知流体横掠管束的换热高于纵掠管束。因此为了实现流体纵掠管束并使换热得以强化，就出现了各种整圆形隔板。最初出现的整圆形大孔隔板就是在圆形隔板上钻比管子大的圆孔，既让管子通过，又有足够的间隙让流体通过。这种整

6、圆形隔板制造方便、因流体纵掠管束流动阻力小、可适当提高壳侧流速以增强壳侧的换热；管内外流体亦可布置成全逆流式，以增大传热温差。此外由于管壁与孔板之间的环形间隙对流体可产生射流作用，既增强了传热，又使管壁不易结垢。但采用整圆形大孔隔板不但增大了换热器的直径，而且由于管子缺乏支撑，管束的抗振能力很差。为了改进整圆形大孔隔板的不足，出现了带小孔的整圆形隔板，即在管孔之间开小孔，使传热流体由小孔通过，这样就不用增大壳体的直径。但带小孔的整圆形隔板管子和管孔之间的间隙很容易结垢，引起腐蚀。为了克服这一缺陷，出现了矩形孔、梅花孔等异形孔的整圆形隔板。当隔板间距为50mm时，梅

7、花孔板的传热系数是矩形孔板的1.5~1.6倍花隔板是我们在整圆形隔板的基础上提出的一种新型壳侧支撑结构。所谓花隔板是在圆形隔板的四个象限的某一象限或两个象限（最多三个象限）上开有管孔，作为管束支撑，而未开管孔的象限则是空的，或钻有很大的孔，作为流体的通道。花隔板交替布置，相邻两块隔板的空缺部分相差一个相同的角度，即后一块隔板相对于前一块隔板绕中心轴线顺时针或逆时针旋转一个角度，此角度可以是30°，60°或90°等，如此往复。这样的结构就可以使流体在纵向流动的同时发生偏转以达到强化换热的目的。这种结构的最大优点是既能强化换热，又简化了换热器的制造。花隔板的试验研究换

8、热器壳体尺