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        管殼式換熱器換熱管的傳熱強(qiáng)化分析

        2016-10-22 03:21:00高慧
        中國(guó)設(shè)備工程 2016年11期

        高慧

        (中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司機(jī)械檢修部,遼寧 遼陽(yáng) 111003)

        管殼式換熱器換熱管的傳熱強(qiáng)化分析

        高慧

        (中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司機(jī)械檢修部,遼寧 遼陽(yáng) 111003)

        為了推動(dòng)石油化工行業(yè)更好的發(fā)展,許多企業(yè)開(kāi)始將管殼式換熱器應(yīng)用到生產(chǎn)中來(lái),這不僅提高了工作效率,同時(shí)也節(jié)省了大量的人力、管殼式換熱器成本和物力資源,因此管殼式換熱器得到了人們的廣泛關(guān)注。本篇文章就主要對(duì)換熱器傳熱強(qiáng)化的作用進(jìn)行闡述,并對(duì)管殼式換熱器換熱管的傳熱強(qiáng)化進(jìn)行充分的分析。希望通過(guò)本文的闡述,可以給管殼式換熱器未來(lái)的應(yīng)用方面提供些許的參考意見(jiàn)。

        管殼式換熱器;強(qiáng)化傳熱;殼程;管程

        管殼式換熱器不僅可以應(yīng)用在石油化工產(chǎn)業(yè)中來(lái),同時(shí)也可以應(yīng)用在電力企業(yè)、船舶制造企業(yè)、供暖企業(yè)、能源制造企業(yè)等。管殼式換熱器的自身作用主要是在石油煉取以及化學(xué)加工裝置中才能得到充分的發(fā)揮。管殼式換熱器具備三項(xiàng)特點(diǎn),第一項(xiàng)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;第二項(xiàng)是具備較高的適應(yīng)能力;第三項(xiàng)是耐高溫。因此在高溫、高壓以及大型裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)調(diào)查顯示,在石油化工企業(yè)中,管殼式換熱器的投資量和企業(yè)總投資量的比例為0.4:1。管殼式換熱器由于具備兩個(gè)優(yōu)點(diǎn),第一個(gè)是可以循環(huán)使用;第二個(gè)是能回收可應(yīng)用熱能,因此在20世紀(jì)70年代所遭遇的生化危機(jī)中,保證多個(gè)企業(yè)躲過(guò)了難關(guān)。隨著時(shí)代的推移,管殼式換熱器也隨之不斷創(chuàng)新和完善,管殼式換熱器的強(qiáng)傳熱技術(shù)在國(guó)際上已經(jīng)獲得了一定的效果。

        1 換熱器傳熱強(qiáng)化的作用

        管殼式換熱器的工作原理就是在一定時(shí)間內(nèi)將熱量進(jìn)行傳遞。管殼式換熱器的工作作用主要在于在一些制定的設(shè)備的幫助下,將消耗的熱能源進(jìn)行傳遞,實(shí)現(xiàn)設(shè)備容量逐漸增多,進(jìn)而達(dá)到提升工作效率的目的。與此同時(shí),在設(shè)備容積不發(fā)生變化的狀況下,讓管殼式換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)滿面變得緊湊,使其可用空間逐漸減少,進(jìn)而達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本的目的。

        2 管程強(qiáng)化傳熱分析

        2.1螺旋槽管

        螺旋槽管是一種專(zhuān)用的抓管設(shè)備,它的表面呈現(xiàn)螺旋狀的凹槽,而管內(nèi)結(jié)構(gòu)是呈現(xiàn)螺旋狀的凸槽,進(jìn)而達(dá)到緊密配合的作用,連續(xù)螺旋折流板及換熱管見(jiàn)圖1。若螺旋槽管中的介質(zhì)呈現(xiàn)流動(dòng)的情況,在螺旋槽管進(jìn)行運(yùn)作的過(guò)程中螺旋線形狀槽紋就會(huì)遭受一定的影響,螺旋槽管的螺旋線形狀槽紋和螺旋槽管的內(nèi)壁無(wú)法做到密切配合,進(jìn)而使得螺旋槽管外壁受到磨損,厚度逐漸變薄,保證交換的熱量卻逐漸增多。但是,在進(jìn)行螺旋槽管運(yùn)作的過(guò)程中,由于介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)的情況,使得邊界層出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。這樣一來(lái),螺旋槽管中介質(zhì)的運(yùn)行速率逐漸加快,進(jìn)而完成螺旋槽管中介質(zhì)和主體介質(zhì)之間的熱傳遞。

        圖1 連續(xù)螺旋折流板及換熱管

        2.2波紋管

        在進(jìn)行管道加工的過(guò)程中,由于管中會(huì)存在連續(xù)波紋曲線的現(xiàn)象,這種管就叫做波紋管。波紋管是強(qiáng)化管的一種,波紋管流程圖見(jiàn)圖2。波紋管顧名思義,就是管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)波紋形狀,而每個(gè)波紋都是有直徑大小不一的圓弧結(jié)構(gòu)組成。波紋管的工作原理主要是由于管中介質(zhì)的流動(dòng)情況發(fā)生著改變,促使湍流程度不斷增加,進(jìn)而到達(dá)傳遞熱量的目的。通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)表示,如果管中的介質(zhì)是水時(shí),波紋管傳遞熱量的效果將上升到光管的2.5倍。

        圖2 波紋管

        2.3內(nèi)插物管

        內(nèi)插物管的工作原理主要是將管中的介質(zhì)呈現(xiàn)漩渦運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這樣做的主要目的就是提升管中介質(zhì)流體的混合度,達(dá)到介質(zhì)運(yùn)行速率與溫度分布情況進(jìn)行緊密結(jié)合,進(jìn)而提升熱傳遞的效率。為了達(dá)到更好的傳熱效果,就要保證內(nèi)插物管中的介質(zhì)處于高黏度流體和低雷諾數(shù)中。但是,根據(jù)實(shí)際情況來(lái)看,插入物選用的類(lèi)型比較繁多,常常應(yīng)用的插入物有三種,第一種是螺旋片;第二種是螺旋線;第三種是扭帶。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)內(nèi)插物管中呈現(xiàn)層流換熱的情況時(shí),這是插入物選用扭帶,內(nèi)插物管傳遞熱量的效果將上升到光管的2.2倍。

        2.4縮放管

        所謂的縮放管主要是漸縮管與漸擴(kuò)管進(jìn)行周期交換進(jìn)而形成的波形管道,縮放管見(jiàn)圖3??s放管的工作原理主要是通過(guò)對(duì)管中的截面進(jìn)行收縮,使得管中介質(zhì)的流向發(fā)生變化,進(jìn)而使得流體的速率以及方向也隨之發(fā)生變化。當(dāng)管中的流體流速逐漸減小時(shí),管中的靜壓就會(huì)隨之增大;當(dāng)管中的流體流速逐漸增大時(shí),管中的靜壓就會(huì)隨之減小。由于縮放管中的流體總是會(huì)發(fā)生變化,使得管壁厚度逐漸變薄,進(jìn)而達(dá)到熱傳遞的目的。

        圖3 縮放管

        3 殼程強(qiáng)化傳熱分析

        3.1折流板支撐結(jié)構(gòu)

        對(duì)于傳統(tǒng)的折流板支撐結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),雖然其也具備一定的優(yōu)勢(shì),但是隨著時(shí)間的推移,人們開(kāi)始越來(lái)越注重環(huán)保問(wèn)題,而由于傳統(tǒng)的折流板支撐結(jié)構(gòu)存在四項(xiàng)劣勢(shì),第一項(xiàng)是壓降大;第二項(xiàng)是具備傳熱誤區(qū),見(jiàn)圖4;第三項(xiàng)是容易產(chǎn)生污垢;第四項(xiàng)是具有較強(qiáng)的震動(dòng)感。這是具備這些劣勢(shì),使得傳統(tǒng)的折流板支撐結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足現(xiàn)在人們的需求。因此,為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的,研發(fā)出一些具備高效節(jié)能的管殼式換熱器是人們最為關(guān)注的話題。

        圖4 傳統(tǒng)單弓形折流板換熱器殼程傳熱死區(qū)

        3.2折流桿支撐結(jié)構(gòu)

        1970年,美國(guó)Phillips石油公司就已經(jīng)研究出一種新型的折流桿換熱器,并將其應(yīng)用到石油的生產(chǎn)工作中,其殼程結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5。折流桿換熱器由于具備管束支撐結(jié)構(gòu),這樣不但可以有效的減少管中的流體運(yùn)行的震動(dòng)幅度,避免因?yàn)閯×业恼饎?dòng)而給管體造成一定的破壞,同時(shí)還能緩解流體對(duì)管體的擾動(dòng)情況,進(jìn)而達(dá)到熱傳遞的作用。

        這種換熱器的管束支撐結(jié)構(gòu)不僅能夠降低殼程流體對(duì)換熱管束橫向沖刷所導(dǎo)致的振動(dòng),防止因振動(dòng)所引發(fā)的損壞,還能對(duì)殼程流體進(jìn)行擾動(dòng),以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。

        圖5 折流桿換熱器殼程結(jié)構(gòu)

        4 管殼式換熱器傳熱強(qiáng)化的發(fā)展趨勢(shì)

        根據(jù)目前的情況來(lái)看,管殼式換熱器傳熱強(qiáng)化的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)朝著支撐式的形式發(fā)展。隨著折流桿式支撐管殼式換熱器的出現(xiàn),最終構(gòu)成現(xiàn)代化的自支撐模式。在管殼式換熱器傳熱強(qiáng)化發(fā)展的過(guò)程里,管殼式換熱器的傳熱效果也逐漸增加,而管殼式換熱器的壓降也逐漸減少。由此我們可以清楚地看出,管殼式換熱器傳熱強(qiáng)化的發(fā)展趨勢(shì)一直呈現(xiàn)上升的狀態(tài)。首先,隨著信息化時(shí)代的來(lái)臨,換熱器傳熱強(qiáng)化的過(guò)程中也將信息化技術(shù)融入到研發(fā)中,這樣不僅可以提升傳熱的效率,同時(shí)也能保證傳熱的效果。其次,將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到儀器中來(lái),例如紅外攝像儀等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度進(jìn)行合理的把控。最后,研發(fā)出具備高效率、高環(huán)保的換熱器,進(jìn)而推動(dòng)管殼式換熱器更好的發(fā)展。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)本文的闡述,使得我們對(duì)管殼式換熱器有了更深入的認(rèn)識(shí)。隨著管殼式換熱器的廣泛應(yīng)用,它不僅可以保證企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)也能提高工作效率。在進(jìn)行管殼式換熱器傳熱強(qiáng)化的過(guò)程中,要秉持的高效率,高環(huán)保的強(qiáng)化理念。這樣不僅可以達(dá)到環(huán)保的作用,同時(shí)也能有效的節(jié)省企業(yè)的資金成本。希望通過(guò)本文的闡述,可以給管殼式換熱器的今后發(fā)展提供一定的幫助。

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        TQ051.5

        A

        1671-0711(2016)09(上)-0073-02

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