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      哈雷釬焊板式換熱器
      專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
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      內展翅片換熱器應用初探

      點擊:1704 日期:[ 2014-04-26 22:45:09 ]
      劉丹捷 唐 亮 摘 要 內展翅片換熱器是針對氣(汽) ———液換熱過程的各項熱阻的特點,在管內軸向脹接波紋形翅片來強化換熱的,有效地提高整體換熱效率,并且可以承受高壓而不發生翅片脫落現象。面對日益緊缺的水資源,它的應用將帶來巨大的社會效益和經濟效益。 關鍵詞 內展翅片換熱器 傳熱系 數氣(汽) ———液換熱 1  換熱器應用現狀簡析 根據傳熱學可知,強化傳熱過程,提高傳熱速率,可從以下幾方面采取措施: (1) 增大傳熱面積———增大傳熱面積是加大單位時間傳熱量的有效方法之一,這常用于傳熱膜系數小的流體這一側,一般采用翅片管或翅片壁面。   為使熱量充分交換,熱交換器要有足夠的換熱面積,但過多的換熱面積是不恰當的,因為它提高了設備費用,而在冷熱流體量一定時的換熱量并不隨換熱面積增大而成正比的增大。 (2) 提高傳熱溫差———為得到較高的傳熱溫差,應盡量選用逆流操作,只是在防止最終過熱或過冷時才采用并流。   提高傳熱溫差的另一種方法是提高加熱流體的溫度或降低冷卻用流體的溫度,但這往往受到客觀條件的限制。高溫和低溫在工業技術上都有可能獲得,但從經濟角度和節約能源考慮,生產中很少采用過高溫度或低溫冷凍。 (3) 提高傳熱系數K———提高傳熱系數K的   數值取決于各項熱阻總和的大小。當兩側流體的熱阻相差懸殊時,應盡量減少傳熱膜系數α值小的一側流體的熱阻,如加大該側流體的流速,促進該側流體的湍流程度等。若兩側流體的α值相近并均較小,則應同時設法減少兩側熱阻。此外如果管壁有污垢,具有較大的熱阻,需要予以清洗。   提高傳熱效率的另一措施是選擇傳熱膜系數高的載體,如采用熔鹽、液態金屬等。在通常情況下,外界客觀條件受到限制,提高傳熱溫差幾乎在現實設備運行中不予采納。 目前廣泛應用的換熱器主要有:列管式、螺旋板式、板式和肋片(外翅) 式等幾種。在這些換熱設備中,熱量由高溫流體傳給低溫流體過程中的主要阻力(熱阻) 來自于以下幾個方面:兩側介質與換熱管內、外壁之間的對流換熱熱阻、管壁本身的熱阻以及兩側介質的污垢熱阻,一般換熱器都采用金屬薄壁作為換熱面,這樣管壁本身的熱阻就是非常小的,強化換熱的潛力不大。這樣強化換熱器的換熱性能主要就是要強化兩側介質與換熱管內、外壁之間的對流換熱熱阻。如果不考慮介質污垢系數,忽略管壁熱阻,這時傳熱系數可以寫成下列形式: K = 1/ (1/α1 + 1/α2) = (α1 ·α2) / (α1 +α2)   從上式可以看出K 值必定小于α1 和α2 的值,而且它比二者中較小的一個還要小,所以在增加傳熱的時候,必須增大α中較小的一項(或減小最大熱阻項) 才能有效地增大傳熱系數。在通常使用的工況中,一些換熱介質之間的換熱系數相差較大,特別是氣(汽) —液換熱器中,一般氣(汽)體的對流換熱系數在10 - 70W(m2·℃) ,而液體(以水為例) 一般可以達到4800 - 8000W/ (m2·℃) ,二者相差上百倍,在常規換熱器內(如列管式、螺旋板式等) 換熱壁兩側面積基本相等,這樣就造成導熱面積相等,由于交換介質導熱系數不同從而導致熱交換不平衡,使總傳熱系數低,熱交換效果不佳,同時造成能源的浪費。而對于外展翅片來說,雖能解決熱交換不平衡的問題,但是由于外表面積加大而冷卻水管內一側的面積卻很小,一般為Dg15 的管,展開面積很小,致使冷卻水的用量必須加大,同樣也造成能源浪費,而且不能承受高壓的特性決定其自身應用的局限性。 2  內展翅片換熱器的相關特性   內展翅片換熱器是針對氣(汽) —液工況熱交換介質的傳熱性能,通過在換熱管內加上翅片來加強管內低換熱系數介質換熱,達到提高整體傳熱系數的目的,從而有效地解決了因為熱交換介質換熱系數差距較大造成的熱不平衡問題,并且大幅度的降低了冷卻水的消耗量。 作為換熱核心的內展翅片換熱管(如圖1 所示) 主要有部分構成: (1) 翅片:是換熱管決定翅化系數的主要部件。(2) 管殼: 是換熱管的外殼殼體。(3) 管芯:位于換熱管管中心換熱死區。   內展翅片換熱器在氣(汽) ———液換熱管換熱器相比其主要特點有: (1) 流換熱系數低的流體(如氣體) 走管側,對流換熱系數高的流體(如水) 走殼側,由于氣體走管內,所以可以承受高壓; (2) 內翅片的翅化系數可達1 :7. 4 ,總傳熱系數大大提高, 相對光管換熱器換熱效率提高32 % ,節水率可達85 %; (3) 換熱器體積小,相對常規換熱器體積要小50 % —70 %; (4) 投資省,回報期短;結垢慢,清洗周期長,用戶維護成本低; (5) 由于氣體走管側且翅片為一整體沿換熱管軸向延伸,因此消除了翅片及換熱管的震動及運行噪音也避免了高肋外翅片管翅片容易脫落的缺點; (6) 由于翅片在換熱管內,換熱器的制造工藝與傳統的光管換熱器完全相同,避免了外翅片處換熱管穿管時容易倒翅及與殼側折流板的相對位置無法確定的缺點; (7) 換熱器的結構設計及熱力性能計算簡單。   內展翅片換熱器是通過在管內脹接鑲嵌內波紋形翅片,有效地增大傳熱面積;讓傳熱膜系數α值小的一側流體走管程,使兩側流體的熱阻趨于相等,從而提高整體傳熱系數K。在加工工藝方面,液壓脹接不存在焊接的熱阻死點,而且內翅管的多流通道使得管內介質熱交換接觸面積大,傳熱效果相對于其它內翅換熱器更能發揮其高效換熱、節能的優勢。在結構方面,管中心的支撐管在介質入口端,加易于導流的錐形封頭,使介質以均流進入管內換熱;而鑲嵌的波紋內翅在保證增大換熱面積的同時,因其自身的弧線線條及高精度的翅片表面,即使是小通道流通,其阻力相對較小,一般管內氣態流通時的壓力降是同等光管使用工況下的3~6 倍左右。   相對于其它各種形式的內翅換熱管,其創新之處在于最大限度的增大單位換熱交換面積,使得換熱效率高,節能節水效果顯著,而沿軸向布置翅片特殊的結構使得內展翅片換熱管可以承受高壓而不發生翅片脫落現象,設備運行安全可靠。并且液壓脹接的方式,使得管內不存在焊接的熱阻死點,多流通道增大管內介質熱交換接觸面積;傳熱效果相對于其它內翅換熱器更能發揮其高效換熱、節能的優勢。   在換熱器整體結構設計方面,內展翅片換熱器的冷卻水走殼程,由于水的不斷折流擾動,不易形成水垢;另外,高壓氣體走管程,而管程介質的高溫高壓,流速較大,污垢系數較小的性質,決定了內展翅片換熱器的清洗周期較長,使設備維護成本得以降低。 3  內展翅片換熱管的應用試驗及參考數據   下面以哈爾濱市經濟貿易委員會節能技術服務中心用空氣水冷卻內展翅片管與普通光管1 米單管試驗對產品作了能效對比試驗測試的技術鑒定為例,相關數據及K值比較分析如下:     (1) 對于光管的K值計算如下:熱交換量: Q = ( t2 - t1) ×GW ×CP = (10 - 8) ℃×(2.5 ×60) kg/ h ×1 kcal/ kg ·℃ = 300 kcal/ h 對數平均溫差: Δtm =( T1 - t2) - ( T1 - t1)/1 n[( T1 - t2)/( T2 - t1)]=(140 - 10) - (56 - 8)/1 n[(140 - 10)/(56 - 8)]= 82. 33 ℃ 換熱面積:A = d0 ×π×L = 0. 032 ×3. 141 ×1 = 0. 10048 m2 總換熱系數: K =Q/Δtm ×A=300×36. 3 /82. 33 ×0. 10048kcal/ m2·h ·℃ (2) 對于內展翅片管的K值計算如下:熱交換量: Q = ( t2 - t1) ×GW ×CP = (50 - 8) ℃×(0.38 ×60) kg/ h ×1 kcal/ kg ·℃ = 957. 6 kcal/ h 對數平均溫差: Δtm =( T1 - t2) - ( T1 - t1)1 n[( T1 - t2)/( T2 - t1)]= 43. 7 ℃ 換熱面積:A = d0 ×π×L = 0. 032 ×3. 141 ×1 = 0. 10048 m2 總換熱系數: K =Q/Δtm ×A=957. 6×218 /43. 7 ×0. 10048kcal/ m2 ·h ·℃ 根據以上分析得出內展翅片換熱管相對于光管換熱效率提高了32 % ,節水率可達87 %。 4  內展翅片換熱器應用綜合效益分析   以某化肥廠2002 年換熱器改造項目為例,將投入運行后的內展翅片換熱器與原列管換熱器的主要參數對比如下: 5  結論   內展翅片換熱器是針對換熱過程的各項熱阻的特點,用高效的內展翅片來強化換熱的,有效的地提高了整體換熱效率,節能節水效果顯著,可以承受高壓而不發生翅片脫落現象,設備運行安全可靠。面對日益緊缺的水資源,內展翅片換熱器的應用將帶來很大的社會經濟效益。  
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