幾種翅片管換熱器的應(yīng)用研究

發(fā)布時(shí)間：2009-9-21 瀏覽：4095

 幾種翅片管換熱器的應(yīng)用研究

　　蔣翔李曉欣朱冬生(華南理工大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州510640)　　換熱器是工業(yè)傳熱過程中必不可少的設(shè)備,幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用,同時(shí)其理論研究也相當(dāng)深入。多年來,各工業(yè)部門廣泛地應(yīng)用列管式換熱器,隨著科技及工業(yè)的發(fā)展,要求換熱設(shè)備緊湊、輕巧、高效并小型化,而一般的列管式換熱器不能滿足上述要求,這就促使人們?nèi)パ芯扛咝�換熱器。其中翅片管換熱器和板式換熱器是人們研究得最多的兩種高效換熱器,翅片管是組成翅片管熱交換器的核心元件,其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到熱交換器的工作性能。華南理工大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室多年來致力于翅片管的研究及應(yīng)用,所研制的翅片管換熱器已在多家企業(yè)應(yīng)用,取得了良好的科技、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。結(jié)合以前研究應(yīng)用的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn),本文從產(chǎn)品應(yīng)用的角度對(duì)翅片管換熱器進(jìn)行闡述,試圖為推進(jìn)翅片管換熱器的研究發(fā)展,并為翅片管換熱器的設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供一些借簽�！　�1翅片管的特點(diǎn)、材料及型式翅片管與光管相比,在消耗金屬材料相同的情況下具有更大的表面積,從直觀看屬于第一次強(qiáng)化傳熱,但實(shí)質(zhì)上換熱面積增大的同時(shí)帶來了傳熱系數(shù)的提高,達(dá)到二次強(qiáng)化傳熱的目的。其特點(diǎn)就是能有效增加傳熱面積和增大傳熱系數(shù),并且比較容易制造并保證操作的穩(wěn)定性。換熱器翅片管材料應(yīng)根據(jù)換熱器的用途和操作條件等不同而選擇,目前常用的材料有鋁、鋁合金、銅、黃銅、鎳、鈦、鋼、因康鎳合金等,其中以鋁和鋁合金用的最多。對(duì)于翅片管式換熱器母材的基本要求是有較好的釬焊性和成型性、較高的機(jī)械強(qiáng)度及良好的耐腐蝕性和導(dǎo)熱性。鋁及鋁合金不僅滿足了這些要求,而且具有延展性和抗拉強(qiáng)度隨溫度的降低而提高的特性,所以在世界各國(guó)的緊湊式換熱器中,特別是在低溫的緊湊式換熱器中,已經(jīng)獲得了最為廣泛的應(yīng)用�！　〕崞�管換熱器所用翅片管有內(nèi)翅片管和外翅片管兩種,其中以外翅片管應(yīng)用較為普遍。外翅片管一般是用機(jī)械加工的方法在光管外表面形成一定高度、一定片距、一定厚度的翅片。翅片管的型式有螺旋翅片管、套裝翅片管、滾軋式翅片管、板翅式翅片管�！　�2DT翅片管換熱器的應(yīng)用研究2.1應(yīng)用條件廣州石化技改項(xiàng)目中的潤(rùn)滑油511換熱器,其設(shè)計(jì)條件為:殼程介質(zhì)為N32汽輪機(jī)油,出入口溫度分別為37℃和60℃,操作壓力為1.2MPa,流量為0 .0133m3/s;管程介質(zhì)為循環(huán)水,出入口溫度分別為42℃和34℃,操作壓力為0 4MPa。現(xiàn)在正在使用的兩臺(tái)換熱器達(dá)不到使用要求,必須進(jìn)行改造。由于是在原來的基礎(chǔ)上改造,故對(duì)換熱器的占地面積及安裝方式有嚴(yán)格的要求�，F(xiàn)場(chǎng)規(guī)定換熱器外徑不超過350mm,長(zhǎng)度不超過4 .5m,且原來的接管不能改動(dòng)�！　�2.2應(yīng)用分析研究通過計(jì)算得到,熱負(fù)荷為534kJ/s,所需循環(huán)水量為0 .016m3/s。如選用光管換熱器,各項(xiàng)參數(shù)如下:計(jì)算總傳熱系數(shù)為445 6W/m2·℃,所需傳熱面積為143m2,殼程壓降為14 13kPa(不考慮折〗流擋板)。若采用光管,取管長(zhǎng)為6m,管徑為?16mm×1 5mm時(shí),傳熱面積為0 301m2/根,所需管數(shù)476根,殼體外徑0 .36m,但還不能滿足使用要求。為達(dá)到上述使用要求,采用了DT形翅片管換熱器。T形翅片管換熱器是華南理工大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的系列翅片管換熱器的一種,其產(chǎn)品已工業(yè)化,且設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)式已經(jīng)于長(zhǎng)嶺煉油廠等廠驗(yàn)證。DT形翅片管是T形翅片管的一種改進(jìn)型式,主要用于溫度較低對(duì)流換熱。如采用DT翅片管,用已經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證的關(guān)聯(lián)式設(shè)計(jì),得到換熱器設(shè)計(jì)及操作參數(shù)如下:計(jì)算總傳熱系數(shù)735.7W/m2·℃,所需傳熱面積90m2,殼程壓降19 .47kPa(不考慮折流擋板),取管長(zhǎng)為4m,管徑尺寸?16mm×1 5mm時(shí),所需管數(shù)122根,殼體外徑0 325m,能夠滿足使用要求。為何DT翅片管能如此有效的強(qiáng)化傳熱呢?這是由DT形翅片管的特殊結(jié)構(gòu)決定的,如圖1所示,DT形翅片管的翅片設(shè)計(jì)成T形,在靠近管壁的翅片薄一些,而遠(yuǎn)離管壁的地方翅片厚一些,這些翅片構(gòu)成一倒T形的腔。　　據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察及應(yīng)用研究分析,這樣的設(shè)計(jì),一是T形翅片的表面積能有效增大,從而有效增大了傳熱面積,大概是光管的3 5倍左右;二是T形翅片及T形腔均能夠增強(qiáng)流體湍動(dòng)程度,改善流體流動(dòng)狀況,從而有效增加了傳熱系數(shù);三是能產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)效應(yīng),由于DT翅片內(nèi)T形通道的存在,相