管壳式换热器的换热管强化传热技术浅述

0　前言
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,是在化工、石油、石油化工、冶金、轻工、食品等行业中普遍应用的工艺设备。目前换热设备的投资占总投资的30% ~45%。在换热设备中,使用最多的是管壳式换热器,而80%以上的管壳式换热器仍采用光管结构,这种结构决定了换热效果差,与我国推行的节能减排政策不相适应。因此提高换热器的效能对石油、化工行业提高经济效益非常重要。
增大传热系数、妥善布置传热面、增大平均温度差是强化传热的三种途径,其中提高传热系数是当今强化传热的重点。换热设备传热过程的强化就是使换热设备能在单位时间内、单位面积上传递的热量达到最大化。管壳式换热器强化传热通常是对光管进行加工得到各种结构的异形管,如波纹管、螺纹管、螺旋槽纹管、横槽纹管、翅片管、针翅管、多孔表面管等,通过这些异形管进行强化传热,提高工作效率,达到节能减排效果。
1　波纹管
流体在波纹管的波峰处速度降低,静压增加,在波谷出流速增加,静压降低。流体在反复改变的轴向压力梯度下进行,产生了剧烈的旋涡,使边界层减薄。因此,波纹管作为换热管,由于波节的存在,增加了对管内流体的扰动,使流体流动的特性不如光管的好,从而增强了传热效果。在低雷诺数下,波纹管的换热与阻里性能比明显好于普通光管,而在高雷诺数下,两者的换热效果和阻力性能比却非常的接近。波纹管的波形又分为:波鼓形、波节形、梯形、和缩放形。


2　螺纹管
螺纹管是使光管由以扩展表面强化传热的螺纹管所代替。它比光管外表面积增加2. 5倍以上,其总传热系数提高30%以上,强化冷凝效果显著,给热系数可提高1倍以上。因此,这种管子作为换热管大大强化了传热效果。适用于各种无相变传热,特别适用于重油系统传热。
3　螺旋槽纹管
螺旋横纹管是在光管的外表面压出螺旋形的凹槽,管内则形成螺旋形的凸起,流体在管内流动时靠近壁面的部分顺槽旋转,有利于减薄流体边界层;另一部分流体顺壁面沿轴向运动,凸起是流体产生周期性的扰动,可以加快由壁面至流体主体的热量传递。螺旋横纹管具有双面强化传热的作用,与普通光滑管相比,传热性能提高2倍以上。它适用于对流、冷凝、沸腾等工况。

4　横槽纹管
横槽纹管与单头螺旋横纹管相比,在相同流速下,流体阻力要大些,传热性能好些。其作用机理是:当管内流体流经横向环肋时,管壁附近形成轴向涡流,增加了边界层的扰动,使边界层分离,增强了传热效率。其应用场合同螺旋横纹管。
5　翅片管
翅片管管子的形状可以是圆形的,矩形、T形的或椭圆形的。这种管子具有抗垢性能好,低温差推动力的特点,给热系数比光管提高3. 3~10倍,总传热系数提高40%以上,结约设备重量25%以上。但造价相对较高。翅片应放置于给热系数小的一侧,可在管外,也可在管内。装在管外的翅片有轴向的,螺旋形的。除连续的翅片外,为了增强流体的湍动,也可在翅片上开孔或每隔一段距离断开或扭曲。这种管子有助于扩大传热面积、促进流体的湍动。