分離式液-氣熱管換熱器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.

1、分離式液-氣熱管換熱器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要:文中介紹一種利用工藝中液體冷卻放岀熱量來(lái)加熱氣體的分離式熱管換熱器。對(duì)液-氣換熱進(jìn)行了熱力分析與強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及系統(tǒng)的水動(dòng)力循環(huán)分析。同時(shí)給出了實(shí)際應(yīng)用實(shí)例，充分說(shuō)明這種聯(lián)合換熱形式的換熱器是合理、可靠的。1前言分離式熱管換熱器以其傳熱效率高、遠(yuǎn)程傳熱、現(xiàn)場(chǎng)布置靈活而具特色。其最大的特點(diǎn)是加熱段與冷凝段可以相互獨(dú)立。以往大部分的分離式熱管換熱器都是采用一種熱流體同時(shí)加熱兩種或兩種以上的冷流體，冷、熱流體間多為氣-氣換熱形式，然而，將二種或兩種以上的熱流體（液體來(lái)加熱冷流體（氣體,目前還不多見。在結(jié)構(gòu)上加熱段完全采用普通管板式列管換熱器，熱流體走

2、殼程；冷凝段為帶有翅片管束的換熱器，其翅片管外流經(jīng)被加熱氣體，管內(nèi)通過(guò)上升管、下降管與列管換熱器管程構(gòu)成回路，將其抽成真空狀態(tài)，充裝工質(zhì)。這樣殼程內(nèi)熱流體通過(guò)對(duì)流換熱將熱量傳輸給管程內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)，工質(zhì)吸收熱量在真空狀態(tài)下蒸發(fā)，蒸汽沿上升管流至冷段凝結(jié)放岀汽化潛熱將流經(jīng)翅片管外的氣體加熱。2結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)計(jì)算方法根據(jù)熱管加熱段的換熱，結(jié)構(gòu)上采用普通管板式列管換熱器，熱流體流經(jīng)殼程管程為熱管工質(zhì)，換熱器管程由 若干根換熱管組成一個(gè)單元，每個(gè)單元相互獨(dú)立，熱管的冷凝段則為翅片管換熱器，管外流經(jīng)需要被加熱的空氣，管內(nèi)通過(guò)若干根上升管、下降管與列管換熱器每個(gè)單元管程內(nèi)構(gòu)成回路，將其抽成真空狀態(tài)，充裝工質(zhì)

3、。其結(jié)構(gòu)如圖 1。首先進(jìn)行熱力計(jì)算，熱流體在殼程被冷卻，放岀熱量 Q，為強(qiáng)化傳熱殼程布置了一定數(shù)量的折流板，其殼程流體的換熱系統(tǒng)可根據(jù)公式Nu = 0.36 Re0155 Pr1/ 3 ( 卩 f 卩 w 0114 (1求岀。管程流體的換熱系數(shù)可通過(guò)傳熱因子jh 導(dǎo)岀：jh = Nu Pr - 1/ 3 (卩 f - 0114 (2式中g(shù)f體粘度；卩 w流體在壁溫下的粘度；因此，熱管熱段列管式換熱器的總傳熱系數(shù)可以求岀，傳熱面積也可求得，換熱管根數(shù)可以確定。殼程液體所放岀的熱量與管內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行換熱，工質(zhì)吸收熱量蒸發(fā)，蒸汽沿管內(nèi)上升，通過(guò)上升管輸送到熱管冷凝段,在冷凝段管內(nèi)蒸汽與管外氣體換熱，其管

4、外換熱系數(shù)可根據(jù)：Nu = 0.137 Re016338 Pr1/ 3 (3求岀，冷凝段總傳熱系數(shù)也隨之求得。這樣，冷凝段翅片管換熱器的傳熱面積可以得岀，翅片管數(shù)量可以確定。在結(jié)構(gòu)上，熱管加熱段為典型的普通管殼式換熱器，采用了固定管板形式，殼體、封頭、法蘭、支座等均屬于 壓力容器設(shè)備的零件，設(shè)計(jì)、制造按壓力容器規(guī)程執(zhí)行。管板、折流板則按規(guī)程要求根據(jù)具體情況考慮，管板的厚度選取應(yīng)考慮到材料的強(qiáng)度、介質(zhì)的壓力、溫度、以及管子的固定方式和受力狀況等因素，管殼式換熱器在設(shè)計(jì)中必須考慮由溫差引起的熱應(yīng)力，作岀必要的熱補(bǔ)償措施。為了使分離式熱管換熱器正常循環(huán)工作，必須克服上升管和下降管中蒸汽及冷凝液流動(dòng)所

5、產(chǎn)生的壓力損失該能量來(lái)源于冷、熱兩端換熱器之間的高度差和上升管與下降管內(nèi)工質(zhì)的密度差。在系統(tǒng)中2 ,其運(yùn)動(dòng)壓頭 Syd :Syd = (p-pe gH1 + (p pv gH2 + (p pv gH3 (4式中pi飽和水密度；pe 蒸發(fā)段汽液兩相密度；p c 凝段汽液兩相密度；p v-汽密度；阻力:EAP =Pc +Pi+Pe +Pv (5在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)壓頭是和循環(huán)回路的總阻力相等的，即達(dá)到平衡點(diǎn)Syd =EAP (6換熱器位差愈大，水循環(huán)速度增加，循環(huán)強(qiáng)烈，流體的速度隨之增加，阻力也增大，重新達(dá)到新的平衡S yd =EAP (7由此可得到換熱器之間的最低高差，合理布置換熱設(shè)備3應(yīng)用在

6、石油化工行業(yè)中，原蒸餾常減壓爐空氣預(yù)熱器系統(tǒng)存在設(shè)備老化、泄漏點(diǎn)多、檢修困難、熱效率低等問(wèn)題,特別是目前加工進(jìn)口含硫原油需要進(jìn)行配套改造，現(xiàn)采用分離式熱管換熱器的常減壓蒸餾裝置工藝流程結(jié)構(gòu)如圖 3。，循環(huán)工作圖見圖常二線、常三線油分別流經(jīng)分離式熱管換熱器的加熱段，其加熱段結(jié)構(gòu)形式為二臺(tái)固定管板式列管換熱器熱流體油走殼程，管程為熱管工質(zhì)，分離式熱管換熱器的冷凝段為翅片管束換熱器，需要加熱的空氣流經(jīng)管外，管內(nèi)通過(guò)上升管與下降管與下部列管換熱器的管程相連，形成工質(zhì)循環(huán)回路。當(dāng)管內(nèi)具有一定真空度后，在位差的作用下熱管內(nèi)部的工質(zhì)不斷吸收熱流體油所放岀的熱量，通過(guò)蒸發(fā)至冷凝段冷凝，源源不斷地把熱量傳至冷冷端加熱翅片管外的空氣。運(yùn)行參數(shù)見表1。1:.f