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  折流杆换热器是一种新型高效的传热设备,具有抗振性能强、流动阻力小、不易结垢、传热性能好及表面温度均匀等优点。它不同于常用的垂直弓形板换热器,其换热管子由折流杆组成的折流圈组支承,在上下左右4个方位将管子固定,壳程流体为轴向流动,消除了流体反复横向流过管束时产生的诱导振动;壳程流动阻力小,流速增加,紊流程度增大,从而强化了传热。第1台折流杆换热器自1970年由美国菲利普石油公司首创至今,已在工业设备中广泛应用。
  折流杆换热器在传热、抗振、阻力损失、抗结垢等方面都具有传统换热器无法比拟的优越性,然而它自身也存在着一定的局限性,从而制约着它的应用。
  众所周知,换热器壳程给热系数约与壳程流速的0.6-0.8次方成正比,因此壳程流速是制约壳程给热系数的关键参数。对于传统折流板换热器,当壳体直径和壳程流量一定时,可通过选择适当的折流板间距和折流板缺口尺寸来获得适当的壳程流速。而对于折流杆换热器,壳程流速仅决定于壳体直径和壳程流量。当壳程流量一定时,欲提高壳程流速,只有减小壳体直径。
  因此,折流杆换热器往往长径比较大(细长型),显然若长径比过大则是不适宜的,这就限制了此类换热器的使用。通常它只适于壳程为大流量的情况。特别是用折流杆换热器替换传统设备时,壳体形状、所占空间、接管位置常要改变,往往造成浪费和不便。正是这种局限,制约了折流杆换热器的大量推广应用。
  如何突破其局限性,充分发挥折流杆换热器的优越性,这是换热器发展的一个十分有意义的课题。1993年10月,云南工学院与一些企业合作研制的改进型的折流杆换热器已投入工业运用。
  该新型换热器不改变原换热器的壳体尺寸、管束长径比,在换热面积减少11.1%的情况下,其换热能力仍优于原设备。这种新型换热器的特征在于,在原折流杆换热器壳程加装纵向隔板,使其在不改变壳体直径的情况下提高壳程流速。因此,这种新型折流杆换热器不但完全保持了原结构的各种优良性能,而且突破了原结构的局限性,大大扩展了对于壳程流量的适应范围,其管束长径比为原结构的1/3左右,或在相同管束长径比时,壳程流速提高了一倍,即给热系数提高74%左右。
  它的研制成功,为折流杆换热器的大量推广应用奠定了技术基础。尤其是用于改造传统折流板换热器时,其设备壳体形状、接管位置、所占空间可基本不变,甚至可延用原来设备的壳体(如本例),其经济性是极为明显的。
  1、折流杆换热器的壳侧膜传热系数大于改造前换热器的壳侧膜传热系数。以韶关电厂加热器改造为例,改造后的换热器的换热面积略为减少,且钢管的导热系数(49.8W/m?K)比铜管(109W/m?K)小,改造后的换热管壁厚大于改造前换热管。改造前、后换热管的导热热阻分别为5.85×10-8K/W和2.721×10-7K/W。改造后管子导热热阻增大导致的传热效果降低,必然由壳侧膜传热系数增加来弥补。改造前、后加热器壳体、换热面积、管子根数、工作状态基本不变,可以认为改造前后换热器的传热系数相等。
  2、折流杆换热器的总有效冷却面积大于垂直弓形折流板换热器的总有效冷却面积。垂直弓形折流板换热器的折流板把壳程分为几段,蒸汽在各段之间流动很不顺畅,每一段都存在“有效传热区”和“死区”,“死区”会导致不凝性气体大量积聚,从而使热传递量下降。而折流杆换热器几乎没有“死区”,换热效果好。由于换热器的垂直安装形式,换热器上段的热传递率大于下段的热传递率。为了提高换热效果,换热器下段的折流杆的间距可以缩短些。
  3、折流杆换热器的壳程压力降小于垂直弓形折流板换热器的壳程压力降。改造后的壳程压力降为0.06MPa,壳程压力降减少有利于蒸汽流速的提高,而蒸汽流速对凝结换热过程影响很大,当蒸汽和液膜同方向流动时,由于蒸汽凝结时转换为液相而产生的动量转换和由于蒸汽分子的粘性摩擦作用,会引起凝结液膜的减薄。蒸汽流速愈高,液膜厚度愈薄,而且使液膜中出现局部紊流流动,有利于增强凝结换热系数。简而言之,提高壳侧膜传热系数、增大换热器的有效冷却面积、减少蒸汽通道的“死区”、减少蒸汽中的不凝性气体并防止其大量积聚、提高蒸汽的流速等改造措施,都将有利于凝结换热。
  目前这种新型折流杆换热器已获国家专利。可以相信,随着这项专利技术的实施,折流杆换热器的大量推广应用阶段即将到来。折流杆换热器应用于闭冷器及低压加热器的改造,体现出传热效果好、抗震性强等优点。折流杆换热器的折流圈、折流杆、折流圈距、折流圈组合的调整容易,可根据不同工况,调整折流杆换热器的内部结构,以期达到较好的改造效果。

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