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螺旋折流板式换热器

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螺旋折流板式换热器是一种新型结构形式的高效管壳式换热器。螺旋折流板换热器比传统弓形折流板换热器在提高壳程传热效率、降低壳程压力损失方面优势明显,是有发展前途的壳程强化传热技术。
  1. 工作原理

    通过改变壳侧折流板的布置,使壳侧流体呈连续的螺旋状流动。理想的折流板布置应为连续的螺旋曲面,但因螺旋曲面加工困难,实际采用若干个 1/4 的扇形平面板替代曲面相间连接,形成近似的螺旋面,让壳侧流体产生近似连续螺旋状流动。  
  2. 结构特点

  3. 分片式结构:这是断续型螺旋折流板的典型结构。由多个扇形平面板连接形成近似螺旋面,扇形板连接处存在非光滑的锐角过渡,相邻两片扇形板空间对接时需附加角接板填补缝隙,这既增加了加工成本,又增大了流体阻力,但加工相对容易,在石化行业已得到一定应用。
    无中心管连续螺旋结构:将传统弓形折流板替换为连续不间断、无中心管的螺旋折流板,壳程介质沿连续螺旋路径呈螺旋柱塞流状流动,流场稳定,温度分布均匀,能减少断流、漏流等情况,降低壳程阻力,提高传热效率,减少流动死区和换热管振动,壳侧不易结垢,延长了换热器的使用周期。
    带中心管连续螺旋结构:在连续螺旋折流板中心轴线位置设置一根中心管,解决了螺旋折流板中心轴线位置倾斜角度过大难以加工的问题,但中心管占用了部分换热管位置,减少了换热面积,降低了壳体空间利用率和换热效率,且受力状态也受到一定影响。
  4. 优点

  5. 流体流动特性好:壳程流体呈螺旋或近似螺旋形流动,减少了压力损失,流体流动没有剧烈的方向改变,不会频繁撞击壳体和管束,能有效减小壳程流动阻力,降低管束因振动而损坏的可能性。
    减少死区和结垢:非垂直布置的螺旋折流板不存在背液面的死区,壳程没有流体停滞,既提高了换热器的流动性能,又减少了壳程结垢。
    传热效率高:相比于传统的弓形折流板换热器,螺旋折流板式换热器的传热系数更高,能够在相同的换热负荷下,减小所需的换热面积,使设备更加紧凑。

    来源:压力容器工程师
    振动曲面
    著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
    首次发布时间:2024-11-16
    最近编辑:14天前
    君雔
    本科 | 高级工程师 压力容器工程师
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    固定管板式换热器

    1. 结构特点主要部件:固定管板式换热器主要由壳体、管束、管板、封头和折流板(或支持板)等部件构成。壳体一般为圆筒形,材质常见的有碳钢、不锈钢等,它为壳程流体提供了流动空间。管束由许多根平行排列的换热管组成,这些换热管穿过管板并被固定在管板上,是热量传递的主要通道。管板是一块圆形的金属板,上面有许多与换热管外径相匹配的管孔,用于安装和固定管束,同时它还起到分隔管程和壳程的作用。封头位于壳体的两端,用于封闭壳体和管束,其形状通常为椭圆形或球形,这样的形状有助于承受压力。折流板(或支持板)安装在壳体内,其主要作用是改变壳程流体的流动方向,增加流体的湍流程度,提高传热效率。连接方式:管束两端的管板与壳体是固定连接的,这种连接方式使得换热器结构简单、紧凑。管板与换热管通常采用胀接、焊接或者胀焊并用的方式进行连接,以确保良好的密封性。2. 工作原理固定管板式换热器是基于热传导和对流两种传热方式来实现热量交换的。热流体和冷流体分别在管程和壳程中流动,热量从热流体通过管壁传递给冷流体。在管程中,流体在换热管内流动,由于管壁的热传导作用,热量从管内流体传递到管壁。在壳程中,流体在壳体与管束之间的空间流动,热量从管壁传递到壳程流体。3. 优点结构简单紧凑:由于其固定连接的结构,使得整个换热器的设计和制造相对简单,零部件数量相对较少,从而减小了设备的占地面积和空间占用。这对于一些场地有限的工业场所来说是一个重要的优点。成本较低:简单的结构使得其制造成本较低,在材料成本和加工成本方面都有一定的优势。与其他复杂结构的换热器相比,固定管板式换热器在价格上更具竞争力,尤其适用于一些对成本比较敏感的小型工业项目或者预算有限的应用场景。管程清洗方便:如果管程流体容易结垢,需要定期清洗,固定管板式换热器的管程清洗相对比较方便。可以通过拆卸封头,直接对管束内部进行清洗,操作相对简单。4. 缺点及解决方法热应力问题:当管束和壳体之间的热膨胀系数不同,且冷热流体温差较大时,会产生热应力。热应力可能导致管子与管板连接处泄漏,甚至会损坏换热器。为了解决这个问题,可以在壳体上设置膨胀节。膨胀节是一种能够补偿轴向变形的弹性元件,它可以吸收管束和壳体之间由于热膨胀差异而产生的伸长或缩短,从而有效地减小热应力。壳程清洗困难:壳程内部由于有管束和折流板的存在,清洗比较困难。特别是当壳程流体容易结垢时,这可能会影响换热器的传热效率。在设计时可以考虑采用可拆卸的管束结构或者在壳程设置适当的清洗口,以便于进行壳程的清洗。5. 应用领域固定管板式换热器在工业领域有广泛的应用。在化工行业,常用于各种化学物质的加热或冷却,如在硫酸生产过程中,用于冷却热的浓硫酸;在石油炼制过程中,用于原油的预热或产品的冷却。在食品工业中,可用于食品的杀菌、冷却等过程,如牛奶的巴氏杀菌过程中的加热和冷却环节。在暖通空调领域,用于建筑物的供热和制冷系统,如中央空调系统中的冷水和热水交换。来源:压力容器工程师

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