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国外新型换热器技术转载

日期: 2017-07-15
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对国外换热器市场的调查表明,管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升,但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展,其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。现就几种新型换热器的特点简介如下:
  一、气动喷涂翅片管换热器
  俄罗斯提出了一种先进方法,即气动喷涂法,来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷(金属陶瓷混合物),从而得到各种不同性能的表面。
  通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂ac-铝,并添加了 24a白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理,便可评估翅片底面的接触阻力。
  将研究的翅片的效率与计算数据进行比较,得出的结论是:气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点,又对基部(管子)与表面(翅片)的过渡区进行了金相结构分析。
  对过渡区试片的分析表明,连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以,气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成,能促进粉末粒子向基体的渗透,这就说明了附着强度高,有物理接触和金属链形成。
  因而气动喷涂法不但可用于成型,还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上,也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计,气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中,将会得到广泛应用。
  二、螺旋折流板换热器
  在管壳式换热器中,壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统(z字形流道),这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧,对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是,与活塞流相比,弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求,故常为其他型式的换热器所取代(如紧凑型板式换热器)。
  对普通折流板几何形状的改进,是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能,但普通折流板设计的主要缺点依然存在。
  为此,美国提出了一种新方案,即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实,此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。
  螺旋折流板的设计原理很简单:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统” 中,每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一,其倾角朝向换热器的轴线,即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接,与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠,如欲缩小支持管子的跨度,也可得到双螺旋设计。
  螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性,可针对不同操作条件,选取最佳的螺旋角;可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。
  三、新型麻花管换热器
  瑞典alares公司开发了一种扁管换热器,通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单,但有许多激动人心的进步,它获得了如下的技术经济效益:改进了传热,减少了结垢,真正的逆流,降低了成本,无振动,节省了空间,无折流元件。
  由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动,促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%,而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。
  该换热器严格按照asme标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。
  四、非钎焊绕丝筋管螺旋管式换热器
  在管子上缠绕金属丝作为筋条(翅片)的螺旋管式换热器(ta),一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响,因为钎焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是,由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞,随之提前报损。
  俄罗斯推荐一种新方法制造绕丝筋管,即借助在管子上缠绕和拉紧金属丝时产生的机械接触来固定筋条。采用此法能促进得到钎焊时的连续特性(即将金属丝可靠地固定在管子上,而管子的截面又不过分压紧),故对于金属丝仅用做隔断时,可以认为是较钎焊更受欢迎的方法。但若利用金属丝作为筋条(翅片)以增加换热面积时,只有当非钎焊筋条的有效传热面不小于钎焊连接时,才应更偏重于此方法。
  试验表明,当金属丝与管子为线性接触时,有效传热面最大,但此时金属丝会沿管子滑动。所以关键是要选取最佳的接触宽度,也就是绕丝时管子变形留下的痕迹的宽度。这样,非钎焊时的有效传热面要比钎焊时大。

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