在国家政策推行节能减排的大形势下, 国内石油化工、医药领域诸多的热交换设备逐渐采用高能效低成本的先进技术。传统的热交换器弓形折流板以及光管换热管结构注定了其效率低下成本较高的弊病。国内外纷纷把目光投向高效的换热技术以及传统热交换设备强化传热技术。
热交换设备强化传热过程是力求使热交换设备在一定的时间和传热面积内完成的热传递更多。强化传热技术是使热交换设备最大限度的提高传热效率的一种技术, 这样能够更大限度的提高传热过程的传热效率。在特定条件下提高传热面积、提高传热系数、提高平均温差是提高传热效率的最终途径。对管壳式热交换器换热管普通光管进行深加工得到不同形式的异形管。较光管来说, 异形管或是增大传热面积, 或是提高传热系数, 管内插件够提高平均温差。在不同场合恰当选择使用异形管能够极大的提高传热效率。
1异形管——波纹管
波纹管按波形分为:波鼓形波纹管、梯形波纹管、缩放管和波节管。流体在经过波纹管时, 在波峰处流速降低, 静压增加, 在波谷处流速增加, 静压降低。流体在管内流动反复的压力波动会使流体产生剧烈的湍流效果, 提高雷诺系数, 干扰减薄流体的边界层。波节的存在有助于提高管内流体的湍流效果, 进而提高波纹管的传热效果, 但波纹管会降低管内流体的流动性能。高雷诺数情况下波节管与光管的换热效果比较接近;低雷诺数的情况下, 因波节管会提高管内流体的湍流效果, 传热效率会比使用光管效果更好。
2异形管——螺旋槽纹管
通过挤压光管管壁加工制作成螺旋槽纹管, 槽纹纹路有单头和多头之分。螺旋槽纹管对管内流体的扰动使得流体成大体螺旋式流动, 并在槽纹处造成流体小范围的二次流动, 消除分离边界层, 提高传热效率2~4倍。螺旋槽纹管对管内管外流体具有双面强化传热的作用, 适用于对流、沸腾和冷凝等工况。
3异形管——翅片管
通过在换热管表面添加各种形式翅片, 增大换热面积, 对流体造成极大的扰动, 从而提高传热效率。选用翅片管为传热元件, 多使用在高温烟气的工况下, 如余热锅炉用翅片管使用在高温高压且具腐蚀性的恶劣环境。这就要求翅片管应具有很高的的性能指标:1防腐性能、2耐磨性能、3低接触热阻、4高稳定性、5防积灰能力等。
4异形管——螺旋扁管
螺旋扁管由圆管加工制成, 其截面形状为扁圆或者椭圆形, 流体在管内流通呈现螺旋状提高了湍流程度。实验研究结果表明:在雷诺数低的螺旋扁管的强化传热效果比光管提高2~3倍, 随雷诺数的增大, 其强化效果有所减小, 但仍可达50%
5异形管——表面多孔管
使用烧结、火焰喷涂、电镀及机械加工的方式形成的多孔表面能够极大地强化沸腾传热, 提高传热效率, 从而能够减少热交换面积, 减少传热的不可逆损失。其多空表面还具有良好的阻垢性能。
6异形管——针翅管
针翅管表面针状结构既扩大了传热面, 又能对流体造成很大扰动, 增强了边界层与主流的混合, 在对压降影响微弱的情况下极大的强化了传热效率, 针翅管的表面针状结构可以与相邻针翅管针状结构相互支持, 从而可以代替支撑板或者支撑杆材料, 针翅管普通应用在油品热交换器以及很多低传热膜系数、高粘度介质以及含尘高温烟气的热交换设备中。
7管内插件
通过在管内插入纽带、螺旋线圈、螺旋片等插入件能够有效促进管内流体湍流, 提高传热系数, 并且能够有效降低热交换器壁温, 管内外温差, 从而强化传热。
8结语
结合管程强化传热技术的进步, 更多的强化传热技术手段逐渐被应用在更多的现实工程设备中, 在各行业热交换设备上, 强化传热技术将发挥其强大的优势。强化传热管极大地提高了热交换器的传热性能, 减小了热交换器所需的传热温差和压降损失, 提高了能源利用率, 简化紧凑了设备结构, 减少了设备材料成本, 结合国家推行的各种节能减排政策措施, 强化传热技术已经被国家、被企业重视, 进而与实际应用相结合, 实现其巨大的经济效益。
摘要：本文简要介绍了几种常见管壳式热交换器换热管强化传热技术, 技术层面上介绍了各自的优劣以及适用场合。
关键词：热交换器,节能减排,强化传热
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