哈雷釬焊板式換熱器
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                  螺旋角度不同的螺旋折流板換熱器殼程傳熱性能研究

                  點擊:1792 日期:[ 2014-04-26 22:54:57 ]
                                         螺旋角度不同的螺旋折流板換熱器殼程傳熱性能研究                                          宋雷    高磊                                 (遼寧石油化工大學,撫順113001)    【摘要】對螺旋角度分別為25°、30°和40°的螺旋折流板換熱器殼程傳熱性能進行了試驗與研究,同時對螺旋角度為25°、30°和40°的螺旋折流板換熱器與傳統的弓形折流板換熱器殼程傳熱性能進行了比較。實驗結果表明,螺旋角為40°的螺旋折流板換熱器的傳熱效率最高,螺旋折流板換熱器的殼程傳熱 效率都比傳統的弓形折流板換熱器殼程傳熱效率高。    關鍵詞:螺旋折流板;弓形折流板;螺旋角;傳熱效率    中圖分類號:TH16,TE965文獻標識碼:A    目前,我國煉油廠采用的冷換設備中,其殼程介質的流動大多 數還是傳統的弓形折流板Z字形流動方式1[~3,]這使得冷換設備的總 傳熱系數一直較低。上世紀90年代初,一種新型冷換設備-螺旋折 流板換熱器開始應用于工業領域,其殼程介質的流動呈螺旋線,折流板為傘型,每塊折流板與殼體軸線呈一定的夾角,相鄰的折流板 在周邊首尾相接,每四片構成一個外圓周連續的螺旋線,這種結構改變了殼程流體的流動狀態和換熱面積,提高了傳熱效率。    1.螺旋與弓形折流板換熱器的性能比較    螺旋折流板換熱器中螺旋折流板結構設計獨特,與弓形折流 板的結構相比具有以下特點(:1)螺旋折流板換熱器以其介質螺旋 狀的流動狀態代替了傳統的弓形垂直折流板Z字形反流動狀態, 使殼程壓力降明顯降低,在相同流量條件下可使壓降減少45%左 右。(2)螺旋折流板換熱器尤其適用于粘稠的介質及結垢嚴重的 介質。(3)螺旋折流板換熱器具有良好的抗振性,特別適用于流動 介質流量波動較大或氣液兩相的情況。(4)殼程側無滯流區與死區, 因此可減少污垢沉積,換熱器在使用后期仍然有良好的操作性 能,延長了檢修周期。(5)殼程介質流動狀態為螺旋流,流體湍流程 度加劇。使換熱管層流厚度減薄,有利于熱交換,提高傳熱效率。 據國外資料報道,螺旋折流板換熱器單位壓降下的殼程膜傳熱 系數是弓形折流板換熱器殼程膜傳熱系數的(1.8~2)倍,許多工 況下的傳熱系數值可提高(20~30)%,因此可減少換熱器的尺寸 和質量,為冷換設備的大型化提供了廣闊的前景。螺旋折流板換熱器結構,如圖1所示。弓形折流板換熱器結構,如圖2所示。                           2.實驗裝置與工藝流程    2.1實驗目的    實驗在對25°、30°、40°這3種螺旋角度的螺旋折流板換熱器殼程傳熱性能進行測定與研究的同時,將其與同規格的弓形折流板換熱器殼程傳熱性能進行比較。目的是通過實驗研究螺旋折流板換熱器的傳熱效率最佳時的螺旋角度,以及25°、30°、40°這幾個不同螺旋角度的螺旋折流板換熱器的殼程傳熱效率是否都比弓形折流板換熱器的殼程傳熱效率高。    2.2 實驗主要設備及儀器    實驗采用殼體內徑為Φ250mm,長度為3000mm,三臺換熱 器管束都是兩管程。管子規格為25*0.5*2500,3臺換熱器的換熱 管都是40根,管子排列方式為正方形旋轉45°。實驗在冷換設備 綜合測試實驗臺上進行,主要測試儀表、設備為:(1)數字溫度計, 其分度為0.01℃,量程分別為(0~50)℃和(0~100)℃。(2)壓力表和 壓差計。(3)LZB-50轉子流量計和LZJ-100轉子流量計,其量程 均為(1~50)m3/h,使用時兩者并接。    2.3 實驗流程    實驗主要包括2個回路、3個組成部分。兩個回路為冷回路和熱回路,即換熱設備的殼程和管程。管程走介質熱水,殼程走介 質冷水,測試水水之間的換熱效率。3個組成部分包括冷水的小儲罐和冷水的大儲罐(這樣便于水量的流動平衡穩定)、熱水的儲罐和加熱部分以及循環動力系統。實驗流程圖,如圖3所示。                         2.4 傳熱性能測試結果    實驗中管程介質為熱水,初定體積流量8m3/h;殼程介質為冷水, 體積初流量為2m3/h,按1m3/h依次變化。測試結果,如表1~4所示。                           2.5數據處理    根據本次實驗數據及介質的運行環境,建立殼程傳熱系數公 式的基本形式;    1/K=A0/Ai*(1/hi+r)i+(1/h0+r0)+rp(1)    式中:K—總傳熱系數,W(/M2*K);A0—管外壁表面積;Ai—管內 壁表面積,m2;hi—管內膜傳熱系數;h0—殼程傳熱系數;W/ (M2*K);ri—管內壁污垢熱阻;r0—管外壁污垢熱阻;rp—管內壁熱阻,K*m2/W。     在計算過程中,當(Φi-Φ)0/Φi<10%時(Φi管程熱流量,Φ0殼 程熱流量,W),認為實驗數據可靠,予以采用。由于本實驗裝置是 新設備,所以換熱器的殼程總傳熱系數化簡為[2]:    1/K=A0/Ai/hi+1/h0+rp(2)    根據文獻[1]可得放熱量Φ和殼程總傳熱系數的關系如下:    K=Φ(/A0*△tm)(3)    式中:△tm—平均溫度差,℃。    根據實驗數據繪制殼程總傳熱系數與殼程冷水流量的關系曲線,如圖4所示。    由圖3并對比螺旋角為40°的螺旋折流板換熱器和螺旋角為30°的螺旋折流板換熱器的第7組試驗數據可得,螺旋角為 40°的螺旋折流板換熱器比螺旋角為30°的螺旋折流板換熱器殼 程傳熱效率提高了18%。在量相同時,螺旋折流板換熱器殼程傳 熱效率比同規格的弓形折流板換熱器殼程傳熱效率高。                      3.結論    (1)在相同冷水流量的條件下,螺旋折流板換熱器比同規格 的弓形折流板換熱器的殼程傳熱效率高,并且隨著冷水流量的增 加,螺旋折流板換熱器殼程傳熱效率明顯提高。    (2)隨著螺旋折流板螺旋角度的增大,螺旋折流板換熱器殼程 傳熱系數也增大。螺旋角大的螺旋折流板換熱器殼程傳熱效率高。    參考文獻    1.劉巍.冷換設備工藝計算手冊[M].北京:中國石化出版社,2003    2.王秋旺.螺旋折流板殼式換熱器殼程傳熱強化研究進展[J].西安交通大學 學報,2004,38(9):881~885    3.宋小平.提高管殼式換熱器效率的研究[J].中國石油化工,2005:146~148    4.王素華.螺旋折流板換熱器流動性研究[J].石油化工高等學校學報,2001, 1(43):64~67 
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