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换热器在研究行业的进展

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    消除了壳程滞流区,    这是融合了折流杆换热器技术与横纹管强化技术的一 种高效换热器.折流杆换热器是美国菲利普公司上世纪70年代为解决天然气换热器的流体诱导振动问题开发的一种 杆式折流栅换热器。其特点是抗振力强。改善了壳程流体的速度和温度的分布。桂林化工机械厂曾与 华南理工大学钱颂文教授合作并胜利地将强化传热元件螺 旋描管用于折流杆换热器,节省换热面积接近60%效果十 分显著.目前,螺旋植杆折流杆换热器在桂林化工厂已系统 化生产。近年来,桂林化工机械厂、华南理工大学化学工程研 究所和国家教委传热与节能开发研究实验室合作,将在相同 管内流速下传热效率优于螺旋植管的横纹管用于折流杆换 热器.1995年5月设计制造的DN1400横纹管折流杆换热器 云南某中型化肥厂变换系统投人工业运行,取代了原使用的DN2400列管式折流板主热交换器,以540mZ换热面积取 代了原设备1627m换热面积,设备重量由原来的37.61d减小到17.27d设备投资节省1/3.强化传热元件的应用与 高效换热设备的开发:极大地提高了企业的经济效益和社会 效益.横纹管折流杆换热器的开发应用结果证明,强化传热 元件与折流杆的有机组合.提高管程换热速率的同时也提 高了壳程的换热速率.工业运行证明横纹管具有传热效率 高、流体阻力小、抗振性能好的特点。

           1.2缩放管整圆抽孔折流姗板换热器

    临时以来 传热效率低,       国现有的中型氮肥厂氢氮气压缩机冷却器。冷却器的流路不畅,流体横向冲刷所引起换热 管的振动一直是未解决的技术难题,直接影响中氮压缩机的工作效率.缩放管整圆槽孔折流栅板换热器是近两年来厂校 合作开发的另一种新型换热器,又一种强化传热元件与新 型壳程折流结构的优化组合.通常认为强化对流给热的方法 反复改变纵向压力梯度作用下流体的流动,这种流动方式由依次交替的扩展段和收缩段来实现.大童研究证明,波型 通道在相同流动阻力下,较平行流道具有更高的传热性能.缩放管其扩展段得到有效的利用,收缩段还利用了流体粘附 层速度提高的效果;整圆榴孔折流栅板即折流姗板为一个整 圆不开弓形口而洗通每排管的管桥,格孔参数可根据所需流 速的大小来确定.新开发的高效换热器取代了国中型氮肥 厂国产氢氮气压缩机一、二、三段原有的回环形折流板冷却 器.缩放管整圆槽孔折流栅板换热器工业应用操作运行的结 果标明具有明显的强化传热效果.

           1.3蛛旋扁管换热器

    螺旋扁管的结构特点是管子换热段的任一截面均为一长回,       螺旋扁管(TwistedTab瑞典AUare公司近年推出 一种高效换热元件。当组装成换热器时可以混合管束(即 螺旋扁管与光滑管混合使用)也可以是纯螺旋扁管.螺旋扁 管的制造过程由“压偏”热扭”两个成形过程完成,管子截 面类似于椭圆管,椭目的长短轴比值根据换热管程和壳程的流速设计确定,当管程流盆较低时.可增大长、短轴之比值,减少流通截面以提高流速,使换热器两侧处于较理想的流动 状态。从管型、管末的结构分析,可以认为螺旋扁管的强化传 热主要在于,螺旋扁管的独特的结构能使管程和壳程同时处 于螺旋运行,促使湍流程度.螺旋扁管组装的换热器较常规 换热器的总传热系数商40%而压力降几乎相等,这与以 增大泵功率的消耗来提高传热效率具有截然不同的效果.螺 旋扁管换热器可以用于气一气,液一液,液一气换热过程.化工、石油化工工业中具有广阔的应用前景.

           1.4空心环管壳式换热器

    华南理工大学化学工程研究所 和国家教委传热与节能开发研究实验室邓先和等人发明的一种新型管壳式换热器.已获得国家发明专利。空心管壳式 换热器的开发主要解决了国内硫酸、石油化工等行业气一气 换热过程中.管壳式换热器传热性能差、钢材耗童大、流体阻 力高、系统操作电耗大的技术难题.采用整体结构优化的空 心环管壳式换热器取代折流隔板式换热器,       空心环管壳式换热器。能使换热气钢材 减少35写~50%气体压降减少30%~40%.空心管壳式换热器以强化管型作为换热管,能够同时强化管内与管间支撑物,空隙率大,对流体形成阻力小,其壳程 管隙间流体绝大部分压降可作用在强化管的粗糙传热面上 用以促进壁流体传热滞流层的湍流强度,降低传热传阻、达 强化传热的目的实验研究结果还表明,当支承同样的强 化管束(即横纹管束)时,空心环支承结构较美国菲利浦石油 公司上世纪70年代开发的折流杆支承结构更能使粗糙管束 获得好的强化传热效果,同等壳程条件下,给热系数高约 35%

    强化传热元件的开发研究肯定会带来多种壳 程折流结构的进步,       综上所述。强化传热元件管内流动状态的改变,管 间折流形式要研究相应的结构与之相适应,这样才干达到管 内与管间整体强化传热效果。工业应用结果标明了多种强化 传热元件的研究效果是一个基础,新型壳程折流结构(如折 流杆、整圃槽孔折流栅板、空心环折流网板等)开发使管壳 式换热器的折流结构不时变化。目前,可以根据不同的操作 条件,不同的使用工况,组合成各种新型高效的换热器。

           2.板式换热器在制冷技术中的应用与发展

    目前板式换热器已经广泛应 用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源等工业领域,       板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。19世纪80年代它首先作为连续低温杀菌器研制成功的上世纪 20年代开始应用于食品工业.由于板式换热器在制造和使 用上都有一些独特之处。因此。成 为换热器家族中一种极有竞争力的品种。制冷技术中,换热器是不可缺少的制冷设备,冷凝器、蒸发器、回热器以及中间冷却器等换热器设备,不只在重量、体积和金属耗量上占整个制冷装置的50写以上,而且对制 冷性能也会发生重大影响。因此,强化制冷换热器的传热,减 少重量和体积,降低金属消耗量一直是制冷技术中的发展方向,现已呈现了一种新型的全焊接式的板式换热器在制冷 技术中的应用,并且表示出强劲的发展潜力。

    除了具有板式换热器的一般特点,       与制冷用壳程管式换热器相比。制冷用板式换热器还具有如下特点。

    有利于环坡维护和降低运行本钱       2.1制冷剂充灌减少。

    要使制冷系 统正常工作,       壳管式换热器的壳侧和管侧的容积都很大。必需充灌大盆的制冷剂,而且还可能造成环境 污染。而板式换热器一方面体积小,另一方面间距尺寸也小,每1kw热负荷只需6弓g制冷剂,其充灌量只有壳管式换热 器的1/7左右。

    抗冻性能高       2.2冻结倾向少。

    就能在板式换热器中形成高度紊 流,       由于水在低流速时。温度分布非常均匀,从而减少了冷冻水的冻结倾向。即使 发生了冻结,也更能接受结冻所产生的压力,而不像壳管式 换热器那样容易使热管胀裂,并且可以在结冻后继续使用。

    经济性高       2.3燕发彻底。

    很容易实现完全蒸 发达到无液态程度,       制冷剂在制冷板式换热器中蒸发时。因此在大多数情况下,制冷系统无须设置气液分离器。并且极易实现单元化,装置简单方便,维修和 运输都可节约费用,降低本钱。由于与传统的壳管式换热器相比,制冷用板式换热器具 有十分明显的发展优势。自上世纪70年代开始在制冷装置 中得到应用以来,已经日益受到人们重视,特别是许多发 达国家,如欧洲、美国、日本、澳大利亚等都非常重视制冷用 板式换热器的研究和应用。日本在上世纪80年代初开始研 究制冷用板式换热器,并在制冷装置中使用,收到良好的经济效益。世界上一些著名的制冷公司如约克、开利、川恩、日立、前川等也相继在制冷装置中采用板式换热器.这种钎 焊型板式换热器由于采用纯钢作焊接剂,主要应用在氟利昂 制冷系统,不能在对铜有腐蚀作用的氨冷系统中使用。进人 20世纪90年代后,制冷用板式换热器又得到进一步发展,一种能够应用于氨制冷系统的板式换热器在瑞典斯特尔公 司研制成功。这种新型的组合式板式换热器(WPHE结合了板框式(PHE和钎焊式(CBE特点,氨侧采用焊接密 封,制冷剂侧仍采用垫片密封。与氟利昂制冷系统相比,采 用这种板式换热器的氨制冷系统不只在机组资料、体积重量 上有明显的优势,而且性能系数也要高10%~20%.目前,这种系统已经形成了8个产品,冷量从10kw~1000kw氨用板式换热器的开发胜利,不只拓宽了板式换热器在制冷 技术中的应用范围,而且对维护大气臭氧层、维护环境都有 重要意义,同时也必将促进制冷技术的进一步发展。国自上世纪60年代初开始生产板式换热器.1994年,以节能型产品定点的板式换热器生产厂家即达15家,并 且一些厂家还进行了板式蒸发器及其传热特性的研究工作。然而这些厂家也仅限于生产板框式换热器(DHE国,制冷用板式换热器的应用尚处于起步阶段,许多制冷厂家,如上海冷气机厂、天津开利、北京万众、上海新晃等.都在自 己的产品中采用了制冷用板式换热器。如上海冷气机厂 1994年开发的空气水热泵机组采用了SWZP公司的制冷用 板式换热器.一投产就受到用户的青睐,该厂以这一产品为 龙头,1995年产值就达2.70亿元。可以预计,随着对制冷用 板式换热器的解和认识,板式换热器以其高效传热,结构 紧凑,节能节材并具环保功能等特点,必将越来越广泛地应 用于制冷装置中。

    应用几乎 涉及到所有的工业领域,       板式换热器是一种高效紧凑的换热设备。而且其类型、结构和使用范围还在不时发展。近年来,焊接型板式换热器的紧凑性、重量轻、制 冷性能好、运行利息低等优越性已越来越被人们所认识。随 着我国经济的发展,制冷技术的发展前途远大,特别是各种 大型的工业制冷装置和空调用制冷装置发展迅速,这为各种 制冷用板式换热器的应用提供了广阔的市场.目前,国已 有较好的板框式研究、生产基础,建议尽快进行制冷用板式 换热器的研究与开发工作。一方面可扩大板式换热器的应用 范围和生产规模,另一方面可提高制冷装置的性能,节约换 热设备的投资,促进制冷技术的发展。