闭式冷却折流组合式换热器

摘要：传统的管壳式水-水换热器为折流板式结构，折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大、易结垢和易折断等的缺点，为了克服上述缺陷，就此研发出一种新型的折流組合式换热器。折流组合式换热器中壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同，壳程流体纵向冲刷换热管，具有壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小等特点。

关键词：折流组合式换热器；传热；阻力；振动；综合效益

1 背景技术

闭冷器是一种水-水冷却器，它广泛用于诸多工业领域。管式闭冷器在结构上有两种形式：折流板结构和折流杆结构。折流板结构闭冷器（见图1），一般冷源介质走管程，热源介质走壳程。传统的管壳式换热器为折流板式结构，一般壳程设置若干块折流板，使流体在壳程反复换向垂直或横向冲刷换热管束，以增大流体的流速和湍动，来提高壳程的传热效果。然而，这种折流板换热器正因为壳程流体横向冲刷管束，并不断改变流向，导致了其以下几个致命缺点：（1）在壳侧存在流动死区和漏流死区使有效传热面积减少百分之二十五至三十，使实际传热效果低于理论值；（2）反复横向冲刷管束会诱发换热管产生振动，这种诱导振动是引起换热管破裂和管板泄漏的主要原因，从而使整台换热器的寿命大大缩短；（3）流动阻力大，折流板少时阻力小，但换热管固有频率低，防振能力差，传热系数K值也大大降低，折流板增多则阻力增大；（4）流体中的污垢容易沉积在换热管表面，K值下降，传热效果变差。

2 折流组合式换热器的结构与技术特点

针对折流板管壳式换热器的以上缺点，本公司与华中科技大学共同开发了一种流体纵向流过管束的折流组合式管壳式换热器（见图2）。折流组合式管壳式换热器利用折流杆及折流板条作为管束支撑，并对流体起扰流作用，从而达到强化传热作用。设备热源介质经过外导流筒纵向流过管束，冷源介质走管程。

折流组合式管壳式换热器有如下优点：（1）由于壳侧流体是纵掠管束，防止了诱导振动的产生，提高了换热器的安全性；（2）大大减少了壳侧流体的流动阻力，降低了管侧的泵功，节约能源；（3）由于折流杆增强了流体的扰动，减少了横掠管束时的流动死区和漏流损失。从而强化了壳侧的换热，传热系数可提高20%-50%；（4）减少了污垢的沉积和腐蚀的产生，提高了换热器的使用寿命。

3 折流组合式换热器实施

折流组合式管壳式换热器利用折流杆起强化传热效果，折流板条代替折流杆起支撑作用而且同时也能够对传热效果产生一定的作用。在设备芯体两端流体进出口位置增加折流板条支撑圈，支撑圈安装间距与折流杆圈相同，通过纵横两种结构结形成口字支撑穿过其中的换热管，并且不影响流体的方向和流动阻力，而且两个折流圈设计间距要比在技术条件下的折流板结构紧凑，折流杆及折流板条与换热管之间间距为0.5mm参考GB/T 151-2014标准，换热管安装间隙比折流板结构要小，这种结构不会影响原来折流杆换热效果并且加强换热管的支撑点，以免设备产生振动时减轻或消除对换热管产生磨损。

4 折流组合式换热器与传统折流板换热器的比较

折流组合式换热器中壳程流体介质的流动方式与单弓形折流板换热器不同，壳程流体属纵向冲刷换热管，具有纵向冲刷换热管壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小的特点，由于折流组合结构，使得流体冲刷换热管时呈现紊流形式，克服纵单弓形或盘形折流板换热存在换热“死区”的缺点。单弓形或盘形折流板在实验测试范围的低流速段的总传热系数K远低于折流组合式结构系数。同时结构不同造成壳程压力降也不一样，折流组合式结构的壳程压力降为折流板的20%-30%，这是由于折流组合式换热器壳程流体等效的流通面积大于折流板壳程流体等效的流通面积，因此，当提高壳程换热雷诺数K时，单弓形或盘形折流板换热器壳侧压力损失的增加大于折流组合式换热器壳侧压力损失的增加。实验时还观察到折流组合式换热器内管子振动噪声比折流板换热器的小。

折流组合式换热器与传统折流板式换热器相比，在同等条件下，传热系数提高20～50%，有效传热面积增加20～30%，流动阻力减小70～80%。折流组合式换热器可广泛用于化工、电力等领域。

5结束语

折流杆组合结构技术是管壳式换热器换热性能最好的一种，所用的技术设备大量使用在石油化工以及新建在大河边与海边的电力大型换热器，设备取代热电厂大型冷却塔；或是海边大型板式换热器改造项目，解决设备换热管堵塞问题。

作为取代热电厂大型冷却塔，制造成本不到冷却塔的5%，制造工期不到6个月，设备使用与维修更低，一般在维修周期时打开人孔门把设备清理干净就可以了。

参考文献：

[1]钱颂文.管壳式换热器设计原理[M] .广州：华南理工大学出版社，1990.

[2]朱聘冠.换热器原理及计算[M]. 北京：清华大学出版社，1987.

[3]刘巍.冷换设备工艺计算手册[M]. 北京：中国石化出版社，2003.

[4]<>管壳式换热器 国家标准出版社，2014

[5]杨世铭、陶文铨<<传热学>> 高等教育出版社，2006

作者简介：

梁荣武（1970—），男，广东茂名人，工程师，研究方向：换热器优化设计。