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國(guó)外新型換熱器技術(shù)
對(duì)國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展?，F(xiàn)就幾種新型換熱器的特點(diǎn)簡(jiǎn)介如下：
一、氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器
俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來(lái)提高翅片化表面的性能。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物)，從而得到各種不同性能的表面。
通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評(píng)估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)是采用在翅片表面噴涂ac－鋁，并添加了 24a白色電爐氧化鋁。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評(píng)估翅片底面的接觸阻力。
將研究的翅片的效率與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出的結(jié)論是：氣動(dòng)噴涂翅片的底面的接觸阻力對(duì)效率無(wú)實(shí)質(zhì)性影響。為了證實(shí)這一點(diǎn)，又對(duì)基部(管子)與表面(翅片)的過(guò)渡區(qū)進(jìn)行了金相結(jié)構(gòu)分析。
對(duì)過(guò)渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個(gè)長(zhǎng)度上無(wú)不嚴(yán)密性的微裂紋。所以，氣動(dòng)噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透，這就說(shuō)明了附著強(qiáng)度高，有物理接觸和金屬鏈形成。
因而氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型，還可用來(lái)將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來(lái)對(duì)普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固?？梢灶A(yù)計(jì)，氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。
二、螺旋折流板換熱器
在管殼式換熱器中，殼程通常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(z字形流道)，這樣會(huì)導(dǎo)致較大的死角和相對(duì)高的返混。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對(duì)傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會(huì)降低凈傳熱。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。
對(duì)普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。雖然引進(jìn)了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來(lái)改進(jìn)換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)依然存在。
為此，美國(guó)提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計(jì)的先進(jìn)性已為流體動(dòng)力學(xué)研究和傳熱試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，此設(shè)計(jì)已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點(diǎn)。
螺旋折流板的設(shè)計(jì)原理很簡(jiǎn)單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)” 中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即與換熱器軸線保持一傾斜度。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計(jì)。
螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對(duì)寬的工藝條件。此種設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，可針對(duì)不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。
三、新型麻花管換熱器
瑞典alares公司開(kāi)發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國(guó)休斯頓的布朗公司做了改進(jìn)。螺旋扁管的制造過(guò)程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個(gè)工序。改進(jìn)后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡(jiǎn)單，但有許多激動(dòng)人心的進(jìn)步，它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：改進(jìn)了傳熱，減少了結(jié)垢，真正的逆流，降低了成本，無(wú)振動(dòng)，節(jié)省了空間，無(wú)折流元件。
由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特使管程與殼程同時(shí)處于螺旋運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時(shí)也可采用螺旋扁管與光管混合方式。
該換熱器嚴(yán)格按照asme標(biāo)準(zhǔn)制造。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。估計(jì)在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
四、非釬焊繞絲筋管螺旋管式換熱器
在管子上纏繞金屬絲作為筋條(翅片)的螺旋管式換熱器(ta)，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對(duì)整個(gè)設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響，因?yàn)殁F焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會(huì)造成機(jī)器和設(shè)備堵塞，隨之提前報(bào)損。
俄羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管，即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械接觸來(lái)固定筋條。采用此法能促進(jìn)得到釬焊時(shí)的連續(xù)特性(即將金屬絲可靠地固定在管子上，而管子的截面又不過(guò)分壓緊)，故對(duì)于金屬絲僅用做隔斷時(shí)，可以認(rèn)為是較釬焊更受歡迎的方法。但若利用金屬絲作為筋條(翅片)以增加換熱面積時(shí)，只有當(dāng)非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時(shí)，才應(yīng)更偏重于此方法。
試驗(yàn)表明，當(dāng)金屬絲與管子為線性接觸時(shí)，有效傳熱面最大，但此時(shí)金屬絲會(huì)沿管子滑動(dòng)。所以關(guān)鍵是要選取最佳的接觸寬度，也就是繞絲時(shí)管子變形留下的痕跡的寬度。這樣，非釬焊時(shí)的有效傳熱面要比釬焊時(shí)大。
一、氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器
俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來(lái)提高翅片化表面的性能。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物)，從而得到各種不同性能的表面。
通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評(píng)估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)是采用在翅片表面噴涂ac－鋁，并添加了 24a白色電爐氧化鋁。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評(píng)估翅片底面的接觸阻力。
將研究的翅片的效率與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出的結(jié)論是：氣動(dòng)噴涂翅片的底面的接觸阻力對(duì)效率無(wú)實(shí)質(zhì)性影響。為了證實(shí)這一點(diǎn)，又對(duì)基部(管子)與表面(翅片)的過(guò)渡區(qū)進(jìn)行了金相結(jié)構(gòu)分析。
對(duì)過(guò)渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個(gè)長(zhǎng)度上無(wú)不嚴(yán)密性的微裂紋。所以，氣動(dòng)噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透，這就說(shuō)明了附著強(qiáng)度高，有物理接觸和金屬鏈形成。
因而氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型，還可用來(lái)將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來(lái)對(duì)普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固?？梢灶A(yù)計(jì)，氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。
二、螺旋折流板換熱器
在管殼式換熱器中，殼程通常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(z字形流道)，這樣會(huì)導(dǎo)致較大的死角和相對(duì)高的返混。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對(duì)傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會(huì)降低凈傳熱。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。
對(duì)普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。雖然引進(jìn)了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來(lái)改進(jìn)換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)依然存在。
為此，美國(guó)提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計(jì)的先進(jìn)性已為流體動(dòng)力學(xué)研究和傳熱試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，此設(shè)計(jì)已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點(diǎn)。
螺旋折流板的設(shè)計(jì)原理很簡(jiǎn)單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)” 中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即與換熱器軸線保持一傾斜度。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計(jì)。
螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對(duì)寬的工藝條件。此種設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，可針對(duì)不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。
三、新型麻花管換熱器
瑞典alares公司開(kāi)發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國(guó)休斯頓的布朗公司做了改進(jìn)。螺旋扁管的制造過(guò)程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個(gè)工序。改進(jìn)后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡(jiǎn)單，但有許多激動(dòng)人心的進(jìn)步，它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：改進(jìn)了傳熱，減少了結(jié)垢，真正的逆流，降低了成本，無(wú)振動(dòng)，節(jié)省了空間，無(wú)折流元件。
由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特使管程與殼程同時(shí)處于螺旋運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時(shí)也可采用螺旋扁管與光管混合方式。
該換熱器嚴(yán)格按照asme標(biāo)準(zhǔn)制造。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。估計(jì)在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
四、非釬焊繞絲筋管螺旋管式換熱器
在管子上纏繞金屬絲作為筋條(翅片)的螺旋管式換熱器(ta)，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對(duì)整個(gè)設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響，因?yàn)殁F焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會(huì)造成機(jī)器和設(shè)備堵塞，隨之提前報(bào)損。
俄羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管，即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械接觸來(lái)固定筋條。采用此法能促進(jìn)得到釬焊時(shí)的連續(xù)特性(即將金屬絲可靠地固定在管子上，而管子的截面又不過(guò)分壓緊)，故對(duì)于金屬絲僅用做隔斷時(shí)，可以認(rèn)為是較釬焊更受歡迎的方法。但若利用金屬絲作為筋條(翅片)以增加換熱面積時(shí)，只有當(dāng)非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時(shí)，才應(yīng)更偏重于此方法。
試驗(yàn)表明，當(dāng)金屬絲與管子為線性接觸時(shí)，有效傳熱面最大，但此時(shí)金屬絲會(huì)沿管子滑動(dòng)。所以關(guān)鍵是要選取最佳的接觸寬度，也就是繞絲時(shí)管子變形留下的痕跡的寬度。這樣，非釬焊時(shí)的有效傳熱面要比釬焊時(shí)大。
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2023-12-11
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