螺旋折流板换热器的发展历史及技术特点2011.12.18

螺旋折流板换热器——发展历史及技术特点——杭州华东化工装备实业有限公司谭新2011.11.01目录11.高效节能列管换热器的技术指标；2.列管换热器技术发展概述；3.传统弓形折流板换热器(A)；–弓形折流板换热器的技术特点；4.第一代螺旋折流板换热器(B)–第一代螺旋折流板换热器的技术特点；–应用实例；5.第二代螺旋折流板换热器(C)；–工艺及工装；–A与C型的矢量图对比；–A与C型的温度与静压发布对比；–A与C型的换热系数与压降曲线对比；目录26.第三代螺旋折流板换热器(D)；–螺旋折流板换热器的优点；–螺旋折流板换热器技术优势；–螺旋折流板换热器实证结论；–附件1自主知识产权；–附件2用户报告；–附件3媒体相关报道。高效节能列管换热器的技术指标1.换热效率越高越好；2.换热过程的动力消耗越少越好；3.紧凑性及金属消耗量越少越好；4.共振及噪音越少越好；5.加工、组装越简单越好；6.维修与维护成本越低越好；7.中心管的结垢速度越慢越好；8.使用周期越长越好。列管换热器技术发展概述•1983年由前捷克斯洛伐克国家化工设备研究所科学家杰.卢卡和杰尼姆肯斯基等人首次提出的使壳程流体作螺旋流动可以强化换热器壳程的传热效率；•第一代螺旋折流板换热器，在ABB公司投入工业化实用，并转让日本三重重工；•第二代螺旋折流板换热器，在西安交大研发成功少量投入工业化实用；•第三代螺旋折流板换热器，在北京研发成功，首台工业原型机在龙山化工厂投入工业化实用.传统弓形折流板换热器(A)•有壳侧压降大、存在多个流动“死区”换热不充分；•易出现漏流和旁流、流体横向冲击管束易产生震动从而缩短换热器寿命等缺点弓形折流板换热器的技术特点•单弓形折流板换热器结构简单，制造安装方便；•不足的是容易出现死区、旁流和漏流等情况，降低了传热系数；•容易结垢导致热阻增加，换热效率降低；•压力损失较大，能耗增加；•高速流动时易产生诱导振动、易发生共振而破坏传热管，降低了使用寿命。第一代螺旋折流板换热器(B)•四分之一螺旋板折流板换热器管束•由捷克人提出•ABB公司申请了专利第一代螺旋折流板换热器的技术特点1.与弓形折流板换热器比较：–有效提高了的热交换效率；–死区面积大幅度改善；–压降损失明显降低；–改善壳程二相流的介质均一度：•提高了壳程冷凝温度；•降低了壳程的蒸发温度；•强化了壳程对流传导系数；–改善了噪音水平；–低速流明显改善。2.课题：–减少漏流引起的回流量；–降低共振风险；–降低壳程压降损失。应用实例第二代螺旋折流板换热器(C)•连续螺旋板导流板换热器管束；•连续螺旋折流板蒸发器比弓形折流板蒸发器提高57%;•当最小流通截面流速比大于2.4,螺旋折流板蒸发器比弓形折流板蒸发器有更好的壳侧换热性能•课题：–1、进一步提高换热面积；–2、降低加工难度；–3、改善组装难度，降低维修成本。A与C型的矢量图对比•a图可见，由于流通截面的突变而在圆缺处形成高速区和折流板背风侧的回流区，即流动死区。流动死区的存在既增加壳程压力损失，叉减小了壳程换热效率。•b图可见，由于受螺旋折流板的导流作用，除壳程进出口附近有部分回流外，壳程流体整体呈螺旋状流动，在折流扳附近几乎不存在流动死区。第三代螺旋折流板换热器(D)•解决了第一代螺旋折流板换热器的漏流问题，解决了第二代螺旋折流板换热器的加工难度和造价昂贵问题；螺旋折流板换热器的优点螺旋折流板换热器的优点：1.是阻断了三角区漏流现象，使得壳程内形成真正意义的全封闭流道螺旋流道，单位压降的换热性能得到更好的改善；2.是因为螺旋流道的全封闭流道而大大提高了介质流速，从传热计算的角度雷诺准数也相应提高，对流传热系数α也可以大幅度提高；3.是螺旋通道内高速旋转的介质流有利于在壳程内冲刷走颗粒物及沉淀物，显著降低了占总热阻的50%-70%污垢热阻，有利地提高了换热效率；4.是高速的螺旋流使壳程横截面出现一个速度梯度场，使每一根换热管都处于换热介质旋涡中，且由此产生的离心力提高了流体的湍流程度；5.是因为螺旋折流板对管束的支撑长度是完全平均的，且同扇形折流板间三角形阻流板结合形成一种超稳定结构，进一步强化了换热器管束的抗振能力；6.是容易加工制造，产品的结构特点，不仅能够大大降低加工制造成本，还可以根据产品的形状、体积和结构特点，分别采取整体加工组装和分管束组加工组装的不同加工形式。因此，较目前国内市场上各种螺旋折流板换热器产品更容易实现大型化。螺旋折流板换热器技术优势全封闭流道流道连续型主要优点是：1.形成真正意义的全封闭流道螺旋流道，从而形成真正意义的稳定螺旋流型；2.大大提高了换热效率，且可以根据化工生产工艺技术的需要，非常容易地组合成壳程的多程传热；3.振动小噪音低，经计算螺旋折流板换热器换热管最低固有频率比对应垂直弓形板换热器换热管固有频率大9倍，这是螺旋折流板换热器的优势，因此在相同换热面积和相同工况下的螺旋折流板换热器的抗振效果要远优于垂直弓形板换热器；4.制造过程相对容易，在90度拼装导流板的制造所用胎具设计简单安装方便，易于制造；5.高效全封闭流道式连续型螺旋折流板换热器从理论上讲也属于管壳式换热器，其结构或功能类型与普通管壳式换热器基本相同，因此，可直接参照GB151-1999《管壳式换热器》规范的范围安排生产。螺旋折流板换热器实证结论•高效封闭式连续型螺旋折流板换热器之所以明显改善传热、压降、结垢及振动效果；•一是因封闭螺旋流道的形成提高了介质的流速，导致雷诺准数、对流传热系数和壳程膜传热系数均有较大提高；•二是因引封闭螺旋流道的形成使每一根换热管都处于螺旋流形成的介质旋涡中，有效换热面积的增加提高了整体换热效果；•三是因封闭螺旋流道内形成了特殊的速度梯度场，使旋涡使换热管表面边界层减薄而降低了热阻，实验表明螺旋倾斜角在15°—35°区间换热效果最好；•四是因封闭螺旋流道形成的高速旋转的介质流，有利于冲刷走颗粒物及沉淀物，显著降低了污垢热阻；•五是多头螺旋结构很容易实现纯粹意义的多程传热，无论是并流、逆流、错流还是折返留，有效对数温差或有效加权温差均有相当程度的增加；•螺旋折流板换热器的壳侧传热膜系数比弓型折流板换热器高33%~136%。附件1自主知识产权附件2用户报告附件3媒体相关报道谢谢大家！杭州华东化工装备实业有限公司谭新E-mail:[e-mail]2011.11.01已通过国家级鉴定•图片没来得及扫描