波紋管換熱器的工作特性及應(yīng)用

1、波紋管換熱器的工作特性及應(yīng)用1波紋管換熱器是 20 世紀(jì) 90年代末最新研究開發(fā)出來的新型間波紋管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):波紋管換熱器屬于列管式換熱器 , 它由殼體、管束、管板和封頭等幾部分組成。在殼體內(nèi)安裝有 6 塊或 不等的折流擋板 ,不僅可防止流體短路、增加流體速度 ,而且還可以迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管 束,使湍流程度增加。波紋管的結(jié)構(gòu)見圖 1。波紋管換熱器的列管采用鈦材質(zhì)波紋管 ,非普通直管 ,其特 點(diǎn)為:1）熱效率高。由于換熱管采用波紋形式 , 管內(nèi)流道截面連續(xù)不斷地突變 ,造成流體即使在流速很低的情況 下也始終處于高度湍流狀態(tài) ,難以形成層流 , 使對流傳熱的主要熱阻被有效地克服

2、 ,管內(nèi)外傳熱被同時強(qiáng) 化, 因而傳熱系數(shù)很高 , 一般為直管式的 23倍。2）防垢能力強(qiáng)。由于流道內(nèi)流體的高度湍流 ,使流體中的微粒難以沉積結(jié)垢 , 即使有少量垢生成 ,由于波 紋管上存在管殼程溫差應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)變 , 使具有彈性特征的波紋管曲率發(fā)生微觀變化 , 從而使波紋管 換熱器具有自然防垢和自然除垢的能力。介質(zhì)在管內(nèi)外強(qiáng)烈湍流對管壁沖刷強(qiáng)烈 , 另外波紋管表面的光滑弧線也能抑制水垢的生成和生長。3）波紋管屬柔性元件 ,在溫差和壓差較大的場合下具有自我補(bǔ)償能力 ,可大大降低管板和筒體的應(yīng)力 , 不 易拉脫、泄漏 .4）采用優(yōu)質(zhì)的鈦材料 , 設(shè)備抗腐蝕能力高 , 設(shè)備使用壽命長。5）體積小

3、,占地面積小 ,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。6）獨(dú)特的完全自由成形工藝 ,沒有強(qiáng)烈形變 ,無晶間缺陷 ,應(yīng)力分布均勻。2 波紋管換熱器的傳熱特點(diǎn)2 1 傳熱原理 化工生產(chǎn)中的物質(zhì)間熱交換常遇到的是溫度不太高的流體間的熱交換 , 熱量自熱流體傳到間壁表面的一 側(cè), 自間壁另一側(cè)表面?zhèn)鹘o冷流體 , 以對流傳熱為主。對流傳熱是在流體流動的過程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn) 象, 所以和介質(zhì)流動的情況密切相關(guān)。在湍流流動的情況下 , 流體主流中由于旋渦叢生 , 流體各部分相互 混合,所以熱阻很小 ,從而在流體流動方向垂直的截面上 ,湍流中心區(qū)各點(diǎn)流體之間的溫度趨于一致。但 在緊靠壁面處 ,總有一層流體膜順著壁面作層流流動 ,

4、 稱為層流底層。由于通過這層流體膜的傳熱是以導(dǎo) 熱方式進(jìn)行的 ,所以流體膜雖薄 , 卻是對流傳熱的主要熱阻 ,溫度降也主要集中在層流底層中。圖 2為對流傳熱時沿?zé)崃鞣较虻臏囟确植记闆r示意圖。 圖中 1 1與 22 為層流底層的界面 ,為 熱流體中心溫度 , 即最高溫度 , 為冷流體中心溫度 , 即最低溫度。在熱流體的湍流主體中 , 由于流體質(zhì) 點(diǎn)充分混合 , 溫度基本上是一致的 ,即圖中。在層流底層和湍流主體之間存在一個溫度逐漸變化的區(qū) 域,稱為過渡區(qū)。溫度由下降到。在層流底層內(nèi) ,由于熱阻較大 ,溫度急劇由下降到。 再往左通過管壁 , 因其材料通常為金屬 , 熱阻很小 , 因此,管壁兩側(cè)的溫

5、度和相差很小。 在冷流體 內(nèi),又順次通過層流底層、 過渡區(qū)而到達(dá)湍流主體 ,溫度由經(jīng)下降到。 圖 2中曲線 和曲線的意義相似。2.1 提高換熱系數(shù)的途徑 傳熱學(xué)傳熱速率公式如下 :從公式(1) 可以看到,換熱量和換熱系數(shù)成正比 ,要提高換熱器的熱交換能力 ,就必須想辦法提高換熱 系數(shù)值。根據(jù)傳熱學(xué)原理對流傳熱時圓筒型壁熱交換管的總熱阻公式為 : 由間壁兩側(cè)流體熱交換過程及公式 (2) 可以看出 ,要想提高熱交換器的換熱性能 , 就要努力降低總熱阻 , 即提高總熱交換系數(shù)值 , 從中不難看出提高換熱系數(shù)值有如下途徑 :1) 減少層流層 ,增加湍流層 ,從而提高對流傳熱系數(shù) 1、2。由傳熱學(xué)得知

6、, 值主要取決于對流傳熱 系數(shù), 因此,必須設(shè)法同時提高流體兩側(cè)的對流傳熱系數(shù) 1、2。2) 減少傳熱距離 , 即減少換熱管壁厚。3) 提高傳熱系數(shù) ,此問題可以通過選用導(dǎo)熱性能好的換熱管材料實(shí)現(xiàn)。 4)降低污垢熱阻 , 當(dāng)污垢 熱阻起很大作用時 , 必須設(shè)法減慢污垢生成速率或清洗。3 兩種換熱器的運(yùn)行情況對比板式換熱器是 20世紀(jì) 70 年代開發(fā)使用的高效換熱設(shè)備。是由一組金屬 薄板之間襯以墊片并用框架夾緊組裝而成 ,冷、熱流體分別在板片兩側(cè)流過 ,通過板片進(jìn)行換熱。 板片厚 度為 0.5 3。由于板片壓制成各種波紋形狀 , 既增加了剛度 , 又使流體分布均勻 , 加強(qiáng)湍流 , 故而傳 熱系

7、數(shù)較高。經(jīng)幾年的使用運(yùn)行 ,鈦板換熱器存在以下問題 : 由于母液中夾帶大量的細(xì)晶堿 , 導(dǎo)致鈦板換熱器結(jié)疤淤 塞非常嚴(yán)重,致使系統(tǒng)阻力大 ,換熱效率低; 鈦板換熱器酸洗、檢修、清理工作量大 ,且檢修費(fèi)用高 ; 由于母液腐蝕沖劇嚴(yán)重 , 導(dǎo)致鈦板換熱器壽命降低。由以上計(jì)算與分析可看出 ,在正常情況下 ,波紋管換熱器比鈦板換熱器的換熱系數(shù)高 1.6 倍,同時波紋管 換熱器比鈦板換熱器在結(jié)構(gòu)上更具有優(yōu)勢。1）波紋管換熱器將液體流動全部改為湍流狀態(tài) , 使冷熱流體的給熱系數(shù)提高 ,從而提高了總的換熱系數(shù)。2）鈦板換熱器要受到污垢熱阻的影響 ,而波紋管換熱器將污垢熱阻消除為零 , 從而使波紋管換熱器的總 換熱系數(shù)有很大的提高。3）波紋管換熱器和鈦板換熱器的材質(zhì)相同 , 冷熱流體的介質(zhì)也均相同 ,因此,傳熱系數(shù)的高低只取決于給 熱系數(shù)和熱阻問題 , 提高給熱系數(shù)和降低熱阻是提高換熱系數(shù)的最有效途徑。4 兩種換熱器的經(jīng)濟(jì)效益對比4.1 節(jié)省蒸汽 4.2 節(jié)約循環(huán)水。4.3 節(jié)省檢修費(fèi)用鈦板換熱器由于其結(jié)構(gòu)的特殊性 , 在正常生產(chǎn)運(yùn)行中 , 常常會有板片間細(xì)堿淤垢和結(jié) 疤等現(xiàn)象發(fā)生 ,從而影響換熱效果和使系統(tǒng)阻力增大 , 必須定期進(jìn)行酸洗和清理 , 才能達(dá)到正常使用要 求。每年需要酸洗鈦板 4次,酸洗費(fèi)用為 7320元。鈦板換