康麗媛

北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京 100016

折流桿換熱器的設(shè)計

康麗媛

北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京 100016

本文介紹了折流桿換熱器與傳統(tǒng)換熱器相比的特點和應(yīng)用，并對所設(shè)計的折流桿換熱器的折流桿結(jié)構(gòu)進行了詳細(xì)闡述，同時對折流圈，導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)和管板密封形式進行了設(shè)計和論述。從而為折流板換熱器的設(shè)計，制造以及研究提供了依據(jù)和指導(dǎo)。

換熱器；折流桿；折流圈；導(dǎo)流筒；設(shè)計

美國菲利普公司在上世紀(jì)70年代進行開發(fā)，設(shè)計研究出來折流桿換熱器，此換熱器主要目的是用來解決傳統(tǒng)換熱器中遇到的流體誘導(dǎo)振動問題。它的特點是抗振動性能強，并能消除殼程中的滯留區(qū)，能夠很好地改善殼程流體的速度和溫度的分布[2]。

這種換熱器的主要結(jié)構(gòu)主要是由折流網(wǎng)絡(luò)和換熱管組成的，折流網(wǎng)絡(luò)是由很多個折流圈相隔一定距離焊接或用普通的定距管固定于拉桿上形成的。而每一個折流圈又是由很多根折流桿相互平行通過一定的間距焊接在外環(huán)上形成的。這些折流網(wǎng)絡(luò)和換熱管進行熱交換就達(dá)到換熱器的換熱目的。

這種換熱器能夠改善常規(guī)的板式折流板換熱器的流體誘導(dǎo)振動。在這種結(jié)構(gòu)中，支撐管子的折流桿與管子幾乎不存在間隙，管束中每根傳熱管的上、下、左、右都得到了可靠的支撐，而且從根本上改變了流體的流動狀況，變折流板換熱器的橫向流動為平行于管子的軸向流動，從而消除了產(chǎn)生液體誘導(dǎo)振動的根源，增加了傳熱效率，減小了壓力降。另外折流桿換熱器不易結(jié)垢，流體在經(jīng)過折流桿時產(chǎn)生文丘里效應(yīng)對管壁有強烈的沖刷作用，而且由于平行流動，避免了死區(qū)，也使得污垢難以形成。

在某項目中，因傳統(tǒng)的換熱器均不能解決誘導(dǎo)振動、傳熱效率和壓降的問題，故設(shè)計一臺折流桿換熱器，以滿足工藝及節(jié)能減排的需要。

1 設(shè)計方法

圖1 折流桿換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 折流桿結(jié)構(gòu)設(shè)計

此折流板換熱器的最主要特點是采用了折流板網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為熱交換的載體。這也是與傳統(tǒng)換熱器最主要的區(qū)別。設(shè)計的關(guān)鍵也是在于折流板網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造設(shè)計。

折流板網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由很多個折流刪組成的。每一個折流柵都是由很多根折流板均勻，并且平行的焊接在一個管圈內(nèi)組成的，我們通常將這個管圈稱作折流圈。折流桿時最基本的組成部分，它可以是多種多樣的，如方形，圓形，長方形等。折流桿組成的折流刪等間距排列成一組，變構(gòu)成折流網(wǎng)絡(luò)的一個單元，如圖2（a）所示。為了增加換熱管的穩(wěn)定性，我們將相鄰兩個折流圈和附帶的折流板相互垂直排列。即其中一個豎直排列，則另一個水平排列。這樣也可以使得每一根換熱管在上下左右個方向得到支撐，如圖2（b）所示。為了增加熱傳導(dǎo)效率，我們將折流柵中相鄰的兩個折流桿間隔并交錯排列，如圖2（c）所示。由此兩種熱交換介質(zhì)中的流體由傳統(tǒng)的垂直于換熱管的橫向流動變?yōu)槠叫杏趽Q熱管的軸向流動，從而消除了產(chǎn)生誘導(dǎo)振動，增加了傳熱效率，減小了壓力降。

圖2 折流桿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

換熱管的中心距減去換熱管直徑便是折流桿直徑，折流桿與換熱管之間沒有間距。折流板平行焊接在折流圈（環(huán)）上，折流圈平行排列組成折流柵，折流柵一組一組的排列構(gòu)成折流網(wǎng)絡(luò)，這種排列最大的利用了板間的換熱面積，使得熱傳導(dǎo)效率大大提高，同時也為換熱管提供了牢固的支撐。

1.2 折流圈的設(shè)計

折流圈一般由圓鋼、方鋼或方條制成。折流圈外徑等于殼體內(nèi)徑減去GB151、TEMA等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的間隙，可參考者流板的直徑選取。此次設(shè)計的換熱器折流圈用厚板條制。

折流圈用方鋼連接成折流桿網(wǎng)絡(luò)，圈的間距可視具體情況變化。對于直徑較大的換熱器，除用方鋼將折流圈連接外，還應(yīng)用拉桿定距管固定，這樣設(shè)計即可方便各折流柵的組裝焊接，也增加了整組折流柵的穩(wěn)定性[1]。

1.3 導(dǎo)流筒的設(shè)置

為克服進、出口處管束因流體流速過高而產(chǎn)生的沖刷磨損應(yīng)設(shè)置外導(dǎo)流筒。外導(dǎo)流筒的引入可在不增加筒體直徑的前提下，有效的加大進口管的尺寸，從而降低壓降，增加設(shè)備的效率；同時，為減小流體停滯區(qū)，提高傳熱效率也應(yīng)設(shè)置外導(dǎo)流筒，從而增加換熱管的有效換熱長度。在設(shè)計導(dǎo)流筒時，應(yīng)保證接管進出口流通面積、環(huán)隙流通截面積與殼程流通面積逐級增加 10%～15%[1]。

1.4 管板

由于折流桿對換熱管起到了很好的支撐作用，管板的厚度也可以相應(yīng)的降低，采用薄管板即可滿足設(shè)計要求。節(jié)約了材料，從而提高的經(jīng)濟性。

2 結(jié)論

設(shè)計該換熱器解決了常規(guī)傳統(tǒng)換熱器難以克服的誘導(dǎo)振動，傳熱效率低等問題，滿足了工藝要求，實現(xiàn)了節(jié)能減排，達(dá)到了設(shè)計目的。

[1]王松漢.石油化工設(shè)計手冊第3卷（化工單元過程）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]劉明.新型換熱器技術(shù)進展及其應(yīng)用[J].山西能源與節(jié)能，2004，2：31-32.

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