高效低流阻换热器的开发应用 --中国换热器网

　　传统的管壳式换热器具有结构简单、可靠性高、适应压力范围广、技术成熟等优点,特别在处理量大、压力高等高参数工况下,更突显其独特的优势。传统的管壳式换热器多用弓形折流板支撑管束,同时折流板又具有导流作用,壳程流体流动时在转折区及进出口两端涡流的滞留区都会形成流动和传热死区,如图1中B区所示,从而降低了传热效率。壳程流体横向冲刷换热管束,造成较大的流动阻力,且在大雷诺数下管束常发生流体诱导振动,最终导致换热器泄漏失效。因此,传统的管壳式换热器在结构和性能上都有待进一步完善。
管壳式换热器可从管程和壳程两个方面进行强化传热,其中管程结构简单、研究方便,目前已开发出螺纹管、横纹管、波纹管、缩放管、螺旋扁管、变截面管、绕丝花环管、异形翅片管等多种新型强化管,且螺纹管)和波纹管等已有不少工程应用〔2〕。管束支撑是管壳式换热器壳程中的扰流元件,直接影响壳程的流体流动和传热性能,因而是提高壳程传热系数的关键部件。鉴于折流板换热器存在的问题,改善换热器壳程的结构形式(包括管外形和管支撑),以改善流体流动状况,减小流动阻力,提高其传热性能,是当前管壳式换热器强化传热的一个重要方向。实践表明,传统的弓形折流板与光滑管的组合结构发展为低流阻的管束支撑与强化管的组合结构,可大大提高管壳式换热器的综合性能。
为解决管束振动问题,美国菲利普公司首先开发出折流杆换热器〔3〕,国内郑州大学、华南理工大学等单位也做了理论探索和实验研究,开发设计出了适合工程应用的杆式支撑结构〔4～7〕。为减小换热器壳程流阻,提高换热器的综合性能,国内外开发出多种新型管束支撑来代替弓形折流板,如空心环〔4〕、整圆形孔板〔8～9〕、螺旋折流板〔10～14〕等。这些新型支撑换热器的共同特征是:壳程流体纵向(即管轴向)冲刷管束,与管程流体实现完全逆流,有效温差大,传热死区小,支撑结构对壳程流体有扰动作用,能有效地促进湍流和强化壳程传热。因而此类换热器可统称为“纵流式换热器”,在一定工艺条件下具有传热效率高、流动阻力小、基本消除了流体诱导振动、且抗结垢能力强,设备投资及运行费用低等优点。