Новостной центр
Трубчатый теплообменник Lord Fin со спиральными перегородками
Что такое теплообменник со спиральными перегородками?
Часто возникают многочисленные проблемы теплопередачи в нефтяной, химической, энергетической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности. Кожухотрубный теплообменник является теплообменным оборудованием, наиболее широко используемым в современном промышленном производстве. По сравнению с другими типами его основными преимуществами являются большая площадь теплопередачи в единице объема и хороший эффект теплопередачи. В сочетании с простой конструкцией, широким спектром материалов, необходимых для производства, и большей эксплуатационной гибкостью, он все более широко используется в областях химического машиностроения.
Чтобы увеличить скорость оболочки жидкости и повысить уровень турбулентности для улучшения коэффициента теплопередачи оболочки оболочки, в кожухотрубном теплообменнике обычно устанавливается поперечная перегородка. Наиболее распространенной является сегментная перегородка. Жидкостные ветры в корпусе с сегментной перегородкой с непрерывно меняющейся скоростью в разных направлениях легко отделяются, особенно по краю перегородки. Из-за мертвой зоны потока между сегментными перегородками и оболочкой жидкость подвергается многократному движению поперечных потоков в перегородках, что приводит к уменьшению движущей силы теплопередачи. Для достижения более высоких показателей теплопередачи уменьшается только расстояние между пластинами, что неизбежно сопровождается более высоким сопротивлением потоку за счет более высокого энергопотребления. Поэтому изменение традиционной формы перегородки крайне необходимо.
Рис. 1. Блок-схема кожуха теплообменника с сегментными перегородками.
Теплообменник со спиральными перегородками становится идеальной альтернативой благодаря своим уникальным преимуществам. В нем используется непрерывная спиральная опорная пластина, поддерживающая теплообменную трубку, чтобы заставить среду оболочки совершать наклонное движение вперед по спиральному каналу от входа в оболочку. Поскольку традиционный способ горизонтальной перегородки заменяется вертикальным спиральным перегородочным устройством, теплообменник со спиральными перегородками значительно усиливает эффект теплопередачи, одновременно снижая сопротивление стороны корпуса. Его характеристики:
(1) Непрерывный плавный спиральный поток среды со стороны корпуса позволяет избежать серьезной потери давления, вызванной горизонтальными перегородками, с меньшим перепадом давления.
(2) По сравнению с сегментной перегородкой при таком же перепаде давления она может значительно улучшить скорость потока среды в оболочке и тем самым повысить уровень турбулентности и способность среды к теплопередаче.
(3) Спиральное движение оболочечной среды создает градиент скорости на радиальном сечении и формирует радиальную турбулентность в пользу утончения нижнего слоя теплообменной поверхности задержания и повышения пленочного коэффициента теплоотдачи.
(4) Мертвой зоны нет. Улучшая коэффициент теплопередачи, вертикальные спиральные перегородки уменьшают осаждение грязи, обладают стабильным термическим сопротивлением и обеспечивают высокоэффективную работу теплообменника.
(5) Благодаря более сильным ограничениям на теплообменник, чем у сегментной перегородки, винтовая перегородка уменьшает вибрацию пучка труб и продлевает срок службы.
(6) Когда оболочка конденсируется для теплообмена, спиральная перегородка может играть роль дренажа конденсатной жидкости, уменьшать покрытие конденсатной жидкостью нижних рядов трубок и тем самым усиливать эффект теплопередачи.
Согласно исследованиям StehlikP, по сравнению с традиционным теплообменником с сегментными перегородками, у теплообменника со спиральной перегородкой коэффициент теплопередачи в 1,8 раза выше, а сопротивление потоку в тех же условиях на 25 % ниже. Чэнь Шисин заключает: для высоковязкого масла теплообменник со спиральными перегородками имеет коэффициент конвекционной теплопередачи примерно в 1,5 раза при перепаде давления на единицу, чем у обычного теплообменника с сегментными перегородками; для воды примерно в 2,4 раза. Сун Сяопин представляет применение более десяти единиц теплообменников со спиральными перегородками на нефтеперерабатывающем заводе и считает, что его эксплуатационные показатели лучше, чем у оригинального теплообменника с сегментными перегородками. Теплообменник со спиральными перегородками значительно повышает эффективность теплопередачи, уменьшается площадь теплопередачи и расход металла, и тем самым сокращаются инвестиции в установку оборудования.
Однако обработка спиральной поверхности сложна, и трудно добиться координации между теплообменником и перегородкой. Принимая во внимание удобство обработки, вместо чередующихся соединений изогнутых поверхностей используется ряд стандартных секториальных плоскостей (известных как спиральные перегородки), чтобы сформировать аналогичную спиральную поверхность со стороны корпуса и заставить жидкость генерировать непрерывный спиральный поток. См. рис. 2.
Рис. 2. Расположение спиральной перегородки со стороны корпуса.
Чтобы достичь стабильности спирального потока среды оболочки, винтовые перегородки должны иметь одинаковое расстояние (так называемое расстояние между перегородками F), одинаковый угол установки α и, как правило, располагаться в нижней части верхних осей входа и выхода или верхняя часть нижних осей. См. рис. 3.
Рис. 3. Расположение спиральной перегородки на входе и выходе.
С момента первого применения в 1997 году на нефтеперерабатывающем заводе Фушунь тысячи теплообменников со спиральными перегородками были быстро внедрены в оборудование для химической и нефтеперерабатывающей промышленности более чем в 20 компаниях. Результаты применения показывают, что спиральная перегородка со стороны корпуса способствует снижению перепада давления жидкости по сравнению с вертикальной сегментной перегородкой. Но это не совсем очевидно в эффективности теплообменника. Некоторые теплообменники, в частности теплообменники большого диаметра с винтовыми перегородками, уступают теплообменникам с сегментными перегородками. Благодаря многочисленным экспериментам по моделированию кожухов разного диаметра и разных углов теплообменников со спиральными перегородками было доказано, что основной причиной являются ограничения механической обработки и чрезвычайно сложное достижение полной винтовой непрерывной обработки перегородок. Традиционная спиральная перегородка перекрывается двумя или четырьмя панелями и образует аналогичную спиральную поверхность. Сегментарные перегородки с углом поворота 360°/х в проекции расположены в правильном порядке, при этом ось оболочки в сквозном переплете находится под углом. Прямые полки двух соседних перегородок переплетаются вверху и встык. Треугольное пространство, образованное между двумя соседними перегородками, вероятно, приведет к течению среды вдоль перегородок, образованию тока утечки короткого замыкания и отходу спирального потока.
Рис. 4. Традиционная конструктивная схема спиральной перегородки.
Ток утечки короткого замыкания уменьшает поток идеального канала. Особенно в кожухотрубном теплообменнике со спиральной перегородкой большого диаметра, поскольку многочисленные среды текут вдоль треугольного пространства и зазора, образованного двумя соседними перегородками, спиральный поток основного литника уменьшается, поток среды замедляется, а эффективность нагрева снижается. трансфер сильно пострадал. Чтобы обеспечить эффективность теплообмена, компания Dalian Haite Heat Transfer Technology Co., Ltd. разработала новую спиральную перегородку с защитой от короткого замыкания, позволяющую пропускать среду со стороны корпуса по почти идеальной спиральной схеме потока.
Анализ потока жидкости
На основе сегментной перегородки новая спиральная перегородка с защитой от короткого замыкания расширяется на один или два ряда межтрубных промежутков с обеих сторон прямых фланцев и перекрывается на двух соседних прямых фланцах, а затем пронизывается один или два ряда теплообменных трубок. Эксперименты по моделированию потока показывают, что короткое замыкание все еще существует, когда обе стороны прямых фланцев сегментной перегородки одновременно расширяются на 5–10 мм больше. Среда оболочки протекает по почти идеальной спиральной схеме потока, и короткое замыкание прекращается при добавлении одного или двух рядов межтрубного пространства. Структурное расположение винтовой перегородки для защиты от короткого замыкания показано на рис.5.
Рис. 5. Конструктивная схема новой спиральной перегородки для защиты от короткого замыкания.
Соединение внахлест оказывает хорошее направляющее воздействие на среду трубного ряда, уменьшая короткое замыкание треугольного пространства, образованного пересечением двух соседних прямых фланцев, и обеспечивая эффективность теплопередачи. Проникновение одного ряда или двух рядов двух соседних теплообменных трубок в соседние две сегментные перегородки повышает жесткость пучка труб и позволяет избежать тенденций разделения квадрантов. Спиральная конструкция перегородки в перекрывающейся части обеспечивает хороший антивибрационный эффект.
Одним словом, теплообменник со спиральными перегородками доказывает свои преимущества в комбинированных свойствах, если он правильно спроектирован. Однако по сравнению с традиционным типом сегментной перегородки еще предстоит провести гораздо больше исследований, например: исследования кожухотрубных теплообменников до сих пор в основном сосредоточены на сегментной перегородке, и стандарт TEMA также направлен против нее. . Что касается стандартизированной конструкции винтовой перегородки, необходимо провести детальный анализ и исследование механизма потока и теплопередачи. Помимо факторов, влияющих на традиционную сегментную перегородку, необходимо учитывать геометрические факторы (схема расположения, угол спирали, шаг резьбы), случаи фазового изменения и физические свойства различных сред. Считается, что наряду с постоянным развитием компьютерных технологий и углубленными исследованиями механизма теплообменник с винтовой перегородкой имеет более широкое применение.
Теплообменник со спиральными перегородками
Copyright © 2015-2023 T.S. Industrial Corporation Limited 
请输入搜索关键字
确定