貴州管業爲您介紹纏繞管式換熱器層間距及同層管間距的确定

貴州管業爲您介紹纏繞管式換熱器層間距及同層管間距的确定

纏繞管式換熱器是由一組或多組纏繞呈螺旋管狀的管子置于殼體之中制成(chéng)的，又稱螺旋管式換熱器。他的特點是結構緊湊、傳熱面(miàn)積比直管大，溫差應力小，但管内清洗困難，可用于較高粘度的流體加熱或冷卻。

纏繞管式換熱器不僅适用于大型石油化工工藝過(guò)程，現今大型氮肥國(guó)産化裝置也陸續制造了數台大型纏繞管式換熱器，并取得了初步成(chéng)功。纏繞管式換熱器在化工工藝流程中不僅是甲醇洗裝備的關鍵單元設備，而且還(hái)是一種(zhǒng)節能(néng)設備，但由于該設備工藝計算複雜，制造難度大，工程技術一直被(bèi)國(guó)外林德等公司壟斷，國(guó)産化進(jìn)展較小。

纏繞管式換熱器層間距及同層管間距的确定。

纏繞管式換熱器與傳統換熱器相比，其優點在于：喘流度高，換熱效率高，結構緊湊、空間利用效率高，無換熱死區。

纏繞管式換熱器之所以具備較傳統換熱器好(hǎo)的性能(néng)，在于其結構方面(miàn)的特殊。

傳統換熱器是浮頭式折流闆換熱器，該換熱器的換熱管是光滑直管，介質在管内直流，在管中心部分流速快，與管内表面(miàn)接觸的部分流速慢。其特點如下：1、由于介質在管内直流，因此管内的介質運動狀态較爲穩定，喘流度小，管中心的介質在流動過(guò)程中幾乎不會(huì)與管内表面(miàn)附近的介質發(fā)生擾動，不能(néng)很好(hǎo)的實現熱量由管心介質向(xiàng)靠近管内壁介質的轉移，從而造成(chéng)同一界面(miàn)上，管内表面(miàn)處的溫度接近換熱管外表面(miàn)的介質溫度，而越靠近管中心，介質溫度與換熱管外表面(miàn)的介質溫度相差越大，降低了熱交換能(néng)力。2、由于換熱管是直管，因此，換熱管的長(cháng)度小于殼體的長(cháng)度，所以換熱管的換熱面(miàn)積受到限制。3、由于殼體内設有折流闆，因此根據流體力學(xué)知識不難得出在換熱過(guò)程中必然存在換熱死區，以至對(duì)換熱效率造成(chéng)影響。4、又由于殼體内各間隙的換熱環境不同，故不易進(jìn)行可控條件下的多股流換熱。

纏繞式換熱器由一組或多組纏繞呈螺旋管狀的管子置于殼體之中制成(chéng)的。貴州管業其纏繞特點爲：1、任意一層相鄰兩(liǎng)換熱管之間的淨距相同，用s表示。2、任意相鄰兩(liǎng)層換熱管之間的淨距相同，用d表示。3、每一層換熱管的根數由内層至外層的順序遞增，關鍵在于遞增的結果應保證任意一層上、任意兩(liǎng)相鄰換熱管之間的間距相同。4、同一層上的螺旋狀換熱管的螺旋角應相同，用a表示。5、任意相鄰兩(liǎng)層螺旋換熱管的螺旋角應互爲相反數。6、相鄰兩(liǎng)層螺旋換熱管之間用厚度爲d的薄金屬片通過(guò)焊接的方式固定。7、内層螺旋狀換熱管與中心柱筒之間用厚度爲d/2的薄金屬片通過(guò)焊接的方式固定。8、外層螺旋狀換熱管與殼體内壁之間用厚度爲d/2的薄金屬片通過(guò)焊接的方式固定。（注：上述所提及的薄金屬片都(dōu)是沿換熱器軸向(xiàng)固定）

在纏繞管式換熱器的使用過(guò)程中，換熱管内的介質將(jiāng)沿著(zhe)換熱管的螺旋方向(xiàng)流動，殼體内的流體將(jiāng)沿著(zhe)同層間螺旋管所構成(chéng)的螺旋通道(dào)流動。其換熱特點在于：1、由于介質在螺旋流動的過(guò)程中將(jiāng)産生二次環流，故殼内及換熱管内喘流度高，流束内外部熱交換充分，所以熱交換能(néng)力強。2、由于相鄰兩(liǎng)層螺旋管的螺旋角爲相反數，故可以大大的增強殼體内相鄰兩(liǎng)流層的喘流度，增強熱交換能(néng)力。3、由于換熱管是螺旋狀纏繞的，因此換熱管的長(cháng)度將(jiāng)遠遠大于換熱器的長(cháng)度，所以極大地增大了換熱面(miàn)積。4、因爲螺旋管道(dào)的長(cháng)度遠遠大于換熱器的長(cháng)度，故在介質流速爲定值的情況下，將(jiāng)大大的延長(cháng)換熱的時(shí)間，從而達到提高換熱效率的目的4、。根據纏繞管式換熱器的布局特點不難發(fā)現殼體内任一空隙位置的換熱環境均相同（殼體内任一空隙位置的大小相同），故可以在已知的情況下進(jìn)行多股流的熱交換。

介質在螺旋狀流道(dào)内熱交換的優點在上述段落内已提及，但如何達到介質做螺旋流道(dào)流動的目的需要對(duì)同層管間距d與相鄰層間距s進(jìn)行具體的分析。

對(duì)于相鄰層管間距d的取值判定，首先要意識到當d值足夠大時(shí)，殼内介質將(jiāng)做直流流動，因此d值越小，越有利于實現螺旋流道(dào)式流動。其中，當d=0，即相鄰層螺旋管直接焊在一起(qǐ)時(shí)達到螺旋流道(dào)流動的效果，但是直接將(jiāng)管道(dào)焊在一起(qǐ)，將(jiāng)會(huì)對(duì)換熱管的強度造成(chéng)影響，以至不能(néng)适應高壓工況下的換熱。除上述所說(shuō)的對(duì)換熱管道(dào)強度造成(chéng)影響之外，由于過(guò)流面(miàn)積的減小，還(hái)會(huì)大大的增大殼内介質的動能(néng)損失，不适宜高粘度的流質換熱，所以螺旋管層層之間必須通過(guò)金屬片來固定。金屬片的厚度受到工業焊接水平的限制，西方發(fā)達國(guó)家的纏繞式換熱器的d值取2mm。

對(duì)于同層管間距s的取值應依據相鄰層管間距d的取值判定，其要求在于，s的取值應不至于導緻介質做螺旋流道(dào)流動的阻力大于其直流的阻力，滿足此要求的s值中，必然存在一個z小值，該值可使同層間換熱管排列緊湊。s值的z終确定應在滿足不小于z小值的條件下由具體換熱要求确定。

需要強調的是，在纏繞管式換熱器中，任意一根換熱管的長(cháng)度都(dōu)相同。其次便是，介質的流動方向(xiàng)是沿著(zhe)阻力損失小的流道(dào)流動的，而絕非是沿著(zhe)z短的流道(dào)流動，故介質螺旋流動換熱的關鍵在于如何實現做螺旋流動的阻力損失小于做直流流動的阻力損失，即z終取絕于相鄰層管間距d與同層管間距s。

雖然上述所說(shuō)的比較簡單，但事(shì)實上，如何合理的選取d、s值需要在大量實驗的基礎上才能(néng)确定。實驗應針對(duì)在不同的溫度、不同的壓力條件下對(duì)不同的介質進(jìn)行，從而在大量實驗數據的基礎上，貴州管業得出不同介質在不同溫度、不同壓力的條件下d值與s值的關系，并做成(chéng)特定的表格，以便于不同應用環境中纏繞管式換熱器的設計。

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