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1、2005年第1期聂峰,等:波纹管换热器的工作特性及应用45波纹管换热器的工作特性及应用聂峰,王占和(内蒙古远兴公司吉碱分公司,阿盟吉兰泰750333)摘要:叙述了波纹管换热器工作特性及在纯碱厂蒸氨系统的应用,并与板式换热器的使用情况进行了经济对比,实践证明:波纹管换热器在蒸氨系统的应用是成功的,值得大力推广和使用。关键词:蒸氨;波纹管换热器;钛板换热器;结构特点;经济分析中图分类号:TK172文献标识码:B文章编号:1005-8370(2005)01-45-04在工业化生产中,最常用的换热设备有间壁式换热器、混
2、合式换热器、蓄热式换热器等3种类型。在氨碱法纯碱生产过程中,使用的基本上都是间壁式换热器,最常见的换热器有冷却水箱(碳化塔、吸收塔、炉气冷凝塔所用的),以及钛板换热器和螺旋板换热器(氨盐水、蒸氨系统所用的)。波纹管换热器是20世纪90年代末最新研究开发出来的新型间壁式换热器,我公司于2001年3月,在蒸氨系统采用了1台1100mm5059mm的波纹管换热器(换热2面积为240m)来代替原设计的钛板换热器,经过几年的生产运行,波纹管换热器显示出了其优越的节图1波纹管结构图能性能。2)防垢能力强。由于流道内流体的高度湍流,1波纹管换热器的
3、结构特点使流体中的微粒难以沉积结垢,即使有少量垢生成,由于波纹管上存在管壳程温差应力而产生的应变,波纹管换热器属于列管式换热器,它由壳体、管使具有弹性特征的波纹管曲率发生微观变化,从而束、管板和封头等几部分组成。在壳体内安装有6使波纹管换热器具有自然防垢和自然除垢的能力。块或不等的折流挡板,不仅可防止流体短路、增加流介质在管内外强烈湍流对管壁冲刷强烈,另外波纹体速度,而且还可以迫使流体按规定路径多次错流管表面的光滑弧线也能抑制水垢的生成和生长。通过管束,使湍流程度增加。波纹管的结构见图1。3)波纹管属柔性元件,在温差和压差较大的场波纹管换热器
4、的列管采用钛材质波纹管,非普通直合下具有自我补偿能力,可大大降低管板和筒体的管,其特点为:应力,不易拉脱、泄漏1)热效率高。由于换热管采用波纹形式,管内4)采用优质的钛材料,设备抗腐蚀能力高,设备流道截面连续不断地突变,造成流体即使在流速很使用寿命长。低的情况下也始终处于高度湍流状态,难以形成层5)体积小,占地面积小,运行维护费用低。流,使对流传热的主要热阻被有效地克服,管内外传6)独特的完全自由成形工艺,没有强烈形变,无热被同时强化,因而传热系数很高,一般为直管式的晶间缺陷,应力分布均匀。2~3倍。46纯碱工业区域,称为过渡区。温度由
5、T下降到Tb。在层流底2波纹管换热器的传热特点层内,由于热阻较大,温度急剧由Tb下降到Tw。再往左通过管壁,因其材料通常为金属,热阻很小,因2.1传热原理此,管壁两侧的温度Tw和tw相差很小。在冷流体化工生产中的物质间热交换常遇到的是温度不内,又顺次通过层流底层、过渡区而到达湍流主体,太高的流体间的热交换,热量自热流体传到间壁表温度由tw经tb下降到t。图2中曲线twtbt和曲线面的一侧,自间壁另一侧表面传给冷流体,以对流传TTbTw的意义相似。热为主。对流传热是在流体流动的过程中发生的热2.2提高换热系数的途径量传递现象,所以和介质流
6、动的情况密切相关。在传热学传热速率公式如下:湍流流动的情况下,流体主流中由于旋涡丛生,流体Q=KA(T-t)(1)各部分相互混合,所以热阻很小,从而在流体流动方式中:Q!!!换热量;向垂直的截面上,湍流中心区各点流体之间的温度K!!!换热系数;趋于一致。但在紧靠壁面处,总有一层流体膜顺着A!!!换热面积;壁面作层流流动,称为层流底层。由于通过这层流(T-t)!!!传热温度差。体膜的传热是以导热方式进行的,所以流体膜虽薄,从公式(1)可以看到,换热量和换热系数K成正却是对流传热的主要热阻,温度降也主要集中在层比,要提高换热器的热交换能力,就必须
7、想办法提高流底层中。换热系数K值。根据传热学原理对流传热时圆筒型壁热交换管的总热阻公式为:1/K=1/a1+b/(d1/dm)+1/a2(d1/d2)+Rs(d1/d2)(2)式中:K!!!总传热系数;a1、a2!!!管壳程对流传热系数;b!!!换热管壁厚;!!!换热管传热系数;Rs!!!污垢热阻;d1、d2、dm!!!分别为换热管内径、外径、中径。由间壁两侧流体热交换过程及公式(2)可以看出,要想提高热交换器的换热性能,就要努力降低总热阻,即提高总热交换系数K值,从中不难看出提高换热系数K值有如下途径:1)减少层流层,增加湍流层,从而提
8、高对流传热系数1、2。由传热学得知,K值主要取决于对流传热系数,因此,必须设法同时提高流体两侧的对流传图2对流传热时沿热流方向温度分布情况热系数1、2。2)减少传
