1. Что такое витая трубка?

Поперечное сечение скрученной трубки имеет эллиптическую форму, которая является теплообменным элементом, а путь потока в трубке спиральный, поэтому ее называют скрученной плоской трубкой. Чтобы облегчить обработку соединения между теплообменным элементом и трубной решеткой, два конца эллиптической трубки по-прежнему остаются круглыми. Расположение витых плоских трубок в корпусе очень компактное. Наружные края соседних теплообменных трубок сохраняют точечный контакт спирали, что позволяет уменьшить объем теплообменника и увеличить проходное пространство между теплообменными элементами.

Витая трубка — это один из видов трубок с улучшенной теплопередачей, которые сначала были представлены швейцарской компанией Allares, а затем улучшены компанией United States Brown. 

2. Конструкция и изготовление  витой трубы.

Характеристика витой трубки заключается в том, что каждое поперечное сечение трубки имеет овальную форму, при сборке теплообменников они могут быть смешанными пучками (то есть смешанным использованием витых трубок и голых трубок), а также могут представлять собой чистый пучок витых трубок.

Процесс изготовления включает в себя два этапа формовки: «парциальное давление» и «деформация». Поперечное сечение трубки эллиптическое, соотношение длинной и короткой осей рассчитывается в зависимости от скорости потока в теплообменной трубке. Когда скорость потока в трубке низкая, мы можем увеличить соотношение длинной и короткой оси или уменьшить поверхность потока.

Бесшовные стальные скрученные трубы, используемые для изготовления теплообменников, являются цельными, без соединений. Распространенные материалы, используемые в стальных трубах, показаны на диаграмме ниже.

3. Улучшенные принципы теплопередачи витой трубки.

Уникальная структура скрученной трубки позволяет потоку в трубке и оболочке проходить по спирали одновременно, тем самым увеличивая интенсивность турбулентности. Коэффициент теплопередачи витой трубы на 40% выше, чем у обычной, но перепад давления практически такой же.

4. Преимущества теплообменника с витой трубкой

5. Спецификация  теплообменника с витой трубкой.

Рис. Рисунок основных размеров скрученной трубы.

Примечание. В приведенной выше таблице указаны основные параметры стандартной витой трубы. Витая трубка может быть изготовлена ​​в соответствии со стандартами St и L, если есть особые требования.

6. Применение витой трубки

Поскольку в последние годы скрученная трубка быстро развивалась и совершенствовалась, она намного более надежна и эффективна и практически может использоваться во всех кожухотрубных теплообменниках. С 1984 года используется более 400 теплообменников с витыми трубками, которые могут использоваться в процессах теплопередачи газ-газ, жидкость-жидкость и жидкость-газ, включая химию, нефть, продукты питания, производство бумаги, электроэнергетику, металлургию, горнодобывающую промышленность, и городское теплоснабжение.

7. Пример применения витой трубки

В 1997 году нефтеперерабатывающий завод в Ланьчжоу заменил традиционные теплообменники в установке депарафинизации кетон-бензола на спиральные плоские трубчатые теплообменники, которые были спроектированы и изготовлены местной компанией. В соответствии с параметрами процесса программа HETECH использовалась для расчета выбора типа спирального плоскотрубного теплообменника.

Витая трубка, Twist Flate-трубка, витая трубка с коричневыми ребрами

Таблица: Сопутствующие параметры процесса депарафинизации бензол-кетонов

Предмет Проход по трубе Проход по оболочке 

Средняя Растворитель Горячая вода

Расход/кг·ч-1 5000,0 20000,0

Рабочее давление/МПа 0,18 0,23

Температура на входе/oC 130,0 200,0

Температура на выходе/oC 185,0 190,0

Относительная плотностьd420 0,83 1,0

Температура при вискозиметрии /oC 50 100 50 100

Вязкость/мм2·с-1 13,4 5,6 0,556 0,296

Сопротивление загрязнению/Вт·(м2·К)-1 0,0002 0,0002

Выбор и расчет спирального плоскотрубного теплообменника:

По расчету вместо первоначальных двух единиц носовых пластинчатых теплообменников (№ LCLF600-2,5-74,5-6/25-6 (ST = 250)) были выбраны два блока спиральных плоскотрубных теплообменников (№ LCLF600-2,5-74,5-6/25-6 (ST = 250)) БЭС800-2,5-145-6/25-6 (Б=300)). Поверхность теплопередачи каждого блока почти в два раза сэкономила по сравнению с исходным оборудованием. Учитывая падение давления в проходе оболочки, а также то, что теплообменник этого типа использовался впервые, мы выбрали теплообменник DN600 мм. В конструктивных параметрах мы по-прежнему выбрали теплообменную трубку диаметром 25 мм, шаг трубок которой составляет 32 мм, расположение с квадратным поворотом на 45°, чтобы облегчить поток и очистку в проходе корпуса. Мы выбрали оптимальный шаг скрутки плоской трубки в эксперименте по теплопередаче с одной трубкой: 200, 250 и 300 мм. Для одной и той же плоской трубки со свинцовой скруткой показатели теплопередачи и сопротивления трубки диаметром 25 мм явно лучше, чем у трубки диаметром 19 мм. Свинец также имеет прямую связь с коэффициентом теплопередачи: если свинец слишком мал, скорость потока увеличивается, точечные контакты спирали увеличиваются, это усиливает функцию следящего потока и улучшает коэффициент теплопередачи, но увеличивает сопротивление; если свинец слишком велик, скорость почти не изменится, эффект теплопередачи не очевиден. Поэтому мы выбрали поводок на 250 мм.

Таблица: Результаты технологического расчета

Тепловая нагрузка 248,2кВт

Коэффициент пленочной теплопередачи в трубном проходе 371,0/Вт·(м2·К)-1.

Коэффициент пленочной теплопередачи в оболочке прохода 2872,3/Вт·(м2·К)-1.

Общий коэффициент пленочной теплопередачи (чистый) 328,6/Вт·(м2·К)-1.

Общий коэффициент пленочной теплопередачи (осадка) 286,3/Вт·(м2·К)-1

логарифмическая средняя разница температур 32,5/oC

Эффективная средняя разница температур 29,0/oC

поправочный коэффициент разницы температур 0,895

Общий перепад давления в трубном проходе 17,7/кПа.

Общий перепад давления в проходе оболочки 0,6/кПа.

Площадь теплопередачи (расчет) 29,9/м2

Площадь теплопередачи (расчетная) 74,5/м2

Достаток поверхности теплопередачи 149,5%

Таблица: Конструктивные параметры теплообменника

Диаметр корпуса 0,6м

Тип: спиральная плоская трубка

Количество теплообменных трубок/

количество проходов труб 158/6

Спецификация Φ25×2,5 мм

Длина 6м

Шаг трубки 32 мм

Тип локации Вращающиеся квадраты 

Свинец 250мм

Количество проходов снаряда 1

Тип отражателя потока Нет

Площадь теплопередачи 75м2

Диаметр выходного патрубка трубки 150 мм.

Диаметр выхода со стороны корпуса 150 мм.

Конструкция конструкции:

Как и традиционный теплообменник с носовой перегородкой, теплообменник со спиральными плоскими трубками состоит из пучка, кожуха, трубной коробки, крышки с плавающей головкой и внешней крышки головки. Основное отличие заключается в том, что конструкция теплообменной трубы и пучка труб, а также других частей, таких как фиксированная трубная решетка, плавающая трубная решетка и вытяжная труба, абсолютно одинакова.

Два конца спиральной плоской трубки остаются прямыми, что упрощает сборку теплообменной трубки и соединение трубной решетки. Каждое поперечное сечение спиральных плоских трубок имеет овальную форму, длинная и короткая оси определяются шагом трубки.

Они могут поддерживать друг друга, опираясь на точки внешней спирали; каждая трубка имеет четыре точки контакта с четырьмя окружающими ее трубками. Остальные можно вывести по аналогии, что они поддерживают друг друга и функционируют как самоподдерживающиеся. Направление вращающейся трубы в каждом поперечном сечении должно быть одинаковым, чтобы обеспечить спиральное течение среды в проходе оболочки.

Поскольку имеется шесть проходов для труб, в проходе оболочки на месте перегородки нет трубы. Из-за отсутствия поддержки с одной стороны он потеряет равновесие, что может привести к утечке тока и короткому замыканию. Таким образом, была спроектирована перегородка.

Поскольку длина пучка труб составляет 6 метров, а прогиб велик, без перегородки во время работы могут возникнуть вибрация и разрушение труб, что повлияет на срок службы оборудования. Поэтому они разработали 8 групп связок стальных лент вне пучков труб, что позволяет избежать расшатывания пучков труб и укрепить их целостность. К каждому стальному ремню добавлена ​​кольцевая перегородка, ее внешний диаметр составляет 4–5 мм, что меньше внутреннего диаметра корпуса. А открытые четыре скользящих канала были открыты сверху вниз перегородки, поэтому в нее встроены два комплекта скользящих демпферов в вертикальном направлении вдоль пучка труб. Это может предотвратить утечку из байпаса и облегчить установку пучка труб в кожух.

На входе и выходе пучка труб имеется вытяжной цилиндр. Прежде всего, это может уменьшить зону застоя жидкости, вызванную зазором между трубой и трубной решеткой, и увеличить эффективную длину теплопередачи трубы; во-вторых, он может играть вспомогательную роль для пучка труб. Наконец, это может уменьшить эрозию жидкости на трубке теплопередачи.

Поскольку размер цилиндрического сечения спиральной плоской трубы больше, чем у голой трубы, после сборки пучка трубы становятся ближе к входу и выходу, что уменьшит поверхность циркуляции и увеличит перепад давления. Для решения этой проблемы применяются следующие методы лечения:

Ряд трубок остается прямым на протяжении 500 мм от конца возле входа и выхода, длина спирального участка немного уменьшается, , , y, что мало влияет на эффективность теплопередачи, но увеличивает расстояние отсюда до сечение и поверхность потока трубки внутри резервуара и снижает перепад давления. Открытие множества небольших отверстий в вытяжном цилиндре также может уменьшить падение давления на входе и выходе.

В этой конструкции используется метод прочной сварки и расширения, что не только обеспечивает прочность соединения трубы и трубной пластины, но также обеспечивает герметичность, предотвращает щелевую коррозию.

К концу 1998 года оба устройства использовались, они до сих пор работали хорошо и получили высокую оценку пользователей. Впоследствии для устройства нормального давления требуется множество теплообменников на нефтеперерабатывающем заводе в Ланьчжоу, технологическая среда включает в себя: сырую нефть, нормальное четырехлинейное масло, четыре отреза, пять отрубов, шесть отрубов, масло и шлам и т. д., которые имеют высокую вязкость и завершили разработку процесса и при выборе, его диаметр уменьшается на 1-2 уровня по сравнению с традиционными теплообменниками, что позволяет сэкономить около 30% инвестиций.