四平換熱器之熱交換器優(yōu)化設計和制造控制

發(fā)布時間：2011-11-25 瀏覽：4576

    1、前言

　　 熱交換器在我國石油化工、煉油、冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè)應用極為普遍，占全部工藝設備投資的40-60%。近年來，能源與材料費用的不斷增長，大大地推動了高效節(jié)能熱交換器的發(fā)展。強化換熱和優(yōu)化結構，在科研和工業(yè)應用上展現(xiàn)出蓬勃生機。張家港市江南鍋爐壓力容器有限公司根據(jù)用戶的要求，通過優(yōu)化設計和多年來的經驗總結，已在熱交換器的設計制造上得到了新的發(fā)展。在這里介紹一些經驗體會。2、強化傳熱

　　 熱交換器是利用一種工質加熱或冷卻另一種工質，換熱管兩側的熱阻大小，直接影響著熱交換器的換熱效果。傳熱強化僅需對放熱系數(shù)小的一側進行，使兩側放熱系數(shù)接近。對兩側放熱系數(shù)相近的情況，則就需對兩側同時強化。傳熱強化的方法，對換熱管外主要是采用擴展表面和優(yōu)化流體流動的方式。對管內主要采用異型管或管內加擾流件的方式。因此對不同的工藝工質，我們應采用不同的強化傳熱方法。下面介紹幾種高效熱交換器的特點和運用場合。2.1折流桿換熱器

　　折流桿換熱器是以折流桿取代折流板，在管外改善流體的流動方式，減少折流板造成的流動死區(qū)和滯流區(qū)，并且使流體在折流桿后產生有效的“渦街”效應，從而達到強化傳熱的果，同時起到了降低流體阻力和消除換熱管的震動造成的損傷、失效等作用。這種結構在液體介質粘度偏大的場合使用最佳。我們將石化煉油行業(yè)中原殼程為標準型式的浮頭式換熱器管束改為折流桿形式的管束后，達到了明顯的強化換熱效果。2.2波紋管換熱器

　　波紋管換熱器是將換熱管加工成內外均呈連續(xù)波紋曲線的波紋管，使管子的縱向截面成波形，由相切的大小圓弧構成，由于管內流體的流動截面不斷變化，使流體的擾動增加而使傳熱強化。根據(jù)使用測試結果其管內放熱系數(shù)可較光管提高3-4倍，同時殼程的換熱系數(shù)也可得到一定程度的提高，使總放熱系數(shù)提高1-2倍。目前我們已在許多熱網(wǎng)換熱器中應用。同時在原油加熱器及壓縮機冷凝器中均取得了良好的效果。之外波紋管換熱管在解決管內結垢問題上起到明顯的作用。2.3螺旋槽管換熱器

　　螺旋槽管換熱器是將換熱管表面加工成螺旋形的凹槽，在管內形成螺旋形凸肋的異型管。流體在管內流動時受螺旋槽的導引，靠近壁面的流體順螺紋旋轉，螺旋形的凸肋使流體產生周期性的擾動，這樣可以使流體邊界層減薄，并加劇流體的擾動，因而使傳熱強化。一般其管內放熱系數(shù)為光管的1.5-2.5倍，總的放熱系數(shù)可提高0.5-1倍。目前我們在工業(yè)鍋爐和其它換熱器設備中得到廣泛應用。2.4螺旋翅片管和縱向翅片管換熱器

　　螺旋翅片管換熱器是將換熱管上螺旋纏繞高頻焊接扁鋼，縱向翅片管換熱器是將換熱管圓周上沿軸線方向、高頻焊接U型翅片。兩種熱交換器都是通過增加管外側受熱面、改變流體流動的方式來強化傳熱。實驗證明，小管徑翅片管束的傳熱性能優(yōu)于大管徑管束，適當增加翅高和翅間距對傳熱有利，適當密排對傳熱有利。螺旋翅片管換熱器主要用于流體橫向沖刷的場合，縱向翅片管主要用于流體縱向沖刷的場合，同時起到大大縮小熱交換器體積的作用。我們在空氣預熱器、熱管換熱器及鍋爐上，采用了這類換熱器，取得了明顯的強化換熱效果。2.5螺旋折流板換熱器

　　螺旋折流板換熱器對傳統(tǒng)折流板換熱器進行了大膽的創(chuàng)新。采用與殼體軸線成某一角度狀排列的螺旋板作為折流板。使介質在殼體內螺旋推進流動，實現(xiàn)了在較小泵功能消耗條件下較高的傳熱效果的效果。其特點有：具有較高的傳熱系數(shù)；殼側流阻較小，無滯流區(qū)；不易污垢沉積。延長維修周期，減少維修費用。適用于較粘稠介質。2.6“T”管換熱器

　　“T”管換熱器是采用一種T型截面的螺旋圍繞翅片。這樣布置產生一種沿管子外表面具有一窄縫的螺旋室，能使周圍液體滲入所形成的室內�；�于蒸發(fā)，氣泡沿縫隙長度跑出，起著成核的位子作用，以增強沸騰。這種熱交換器總的放熱系數(shù)比習慣上的低翅片總的放熱系數(shù)提高約30%，我們大量用于各種蒸發(fā)器和余熱鍋爐，取得了很好的強化換熱效果。3、設計制造控制

　　熱交換器的使用壽命，取決于熱交換器的設計、制造、檢驗和試驗的控制。熱交換器在不同的工藝使用場合，應有著不同的設計、制造、檢驗和試驗的要求。下面我們討論一些易出現(xiàn)影響質量的問題。3.1材料的影響

　　 在熱交換器的設計選材過程中，我們應根據(jù)不同的工藝介質特性，選用不同的材料，從而提高換熱器的質量水平。如：在具有HCL和H2S應力腐蝕的場合，我們應該采用08Cr2ALMO這種材料；在具有SO2露點腐蝕的情況下我們應該采用ND來延緩腐蝕；在某些特殊的材料還可以采用不銹鋼、耐熱鋼、鈦材、鋯材及雙相不銹鋼等，以起到沿長壽命的作用。3.2經濟性的影響

　　經濟上的考慮也會影響熱交換器的質量和壽命。材料的不同，熱交換器的價格也會有明顯的區(qū)別，造成的產品質量壽命也不同。我們在一個工藝流程中首先要進行技術經濟分析，對采用不同材料產生的經濟效益作分析比較，從而可以得到最佳的選材方案。比如在氟化工、氯化工中設備采用鈦及鈦以上的材料可以大大延長壽命，但是從經濟性來說還是采用普通碳鋼材料定期更換更經濟。3.3制造的影響

　　換熱器制造過程中最有爭議的問題之一就是選擇換熱管與管板連接的結構。一般情況下，有三種類型的密封結構：脹接、密封焊、強度焊。從我們多年來制造換熱器的實踐證明，我們不能簡單地認為某種密封結構最好，我們還應根據(jù)換熱器的介質、工況等特點選擇合理的密封結構，必要時還可采用密封焊加強度脹。強度焊加貼脹和強度焊加強度脹等形式。但是無論采用哪種結合形式，換熱管的精度和管板的管孔尺寸的加工精度是直接影響結合質量的重要因素。因此選擇合格可靠的換熱管供應商和控制板管加工質量是制造的關鍵。同時在管子和管板的焊接和脹接過程中，我們應減少人為因素。采用全自動氬紙焊和電腦控制的脹接手段，確保每個接頭都按要求標準制造，這樣才能真正控制好換熱器的質量，提高壽命。