换热器的传热性能分析

　　冷换设备是炼油、化工、电力等行业工艺流程中的主要设备，据统计，在炼油厂冷换设备约占全部设备的40.它既是工艺流程中的主要设备，又是企业减少能耗、降低成本的主要手段，因此，冷换设备技术水平是炼油厂**程度的主要标志之一。目前，我国炼油厂在用的冷换设备中，其壳程介质的流动大多数还是传统的弓形折流板Z字形流动方式，这使得冷换设备的总传热系数一直较低。

　　上世纪90年代初，一种新型冷换设备螺旋折流板换热器开始应用于工业领域，其壳程介质的流动呈螺旋线，折流板为伞形，每块折流板与壳体轴线呈一定的夹角，相邻的折流板在周边首尾相接，每4片构成一个外圆周连续的螺旋线，这种结构改变了壳程流体的流动状态和换热面积，提高了传热效率。

　　1螺旋折流板换热器与弓形折流板板换热器的比较螺旋折流板换热器中螺旋折流板结构设计独特，与弓形折流板的结构相比具有下列特点：①壳体介质流动状态为螺旋流，流体湍流程度加剧，使换热管层流厚度减薄，有利于热交换，提高传热效率。据国外资料报道，螺旋折流板换热器单位压降下的壳程膜传热系数是弓形折流板换热器壳程膜传热系数的1.82倍，许多工况下的传热系数值可提高2030，因此可减少换热器的尺寸和质量，为冷换设备的大型化提供了广阔前景。②螺旋折流板换热器以其介质螺旋状的流动状态代替了传统的弓形垂直折流板Z字形反流动状态，使壳程压力降明显降低，在相同流量条件下可使压降减少45左右。

　　③壳程侧无滞流区与死区，因此可减少污垢沉积，换热器在使用后期仍然有良好的操作性能，延长了检修周期。④螺旋折流板换热器尤其适用于粘稠的介质及结垢严重的介质。⑤螺旋折流板换热器具有良好的抗振性，特别适用于流动介质流量波动较大或气液两相的情况。

　　2实验装置与工艺流程2.1实验目的本实验在对18、25、30这3种螺旋角的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行测定与研究的同时，将其与同规格的弓形折流板换热器壳程传热性能进行比较。目的是通过实验研究螺旋折流板换热器的传热效率**时的螺旋角度，以及18、25、30不同螺旋角度的螺旋折流板换热器的壳程传热效率是否都比弓形折流板换热器壳程传热效率高。

　　2.2实验主要设备及仪器本次实验采用壳体内径为⑸250mm，长度为3000mm，3台换热器管束都是两管程。管子规格为⑸25mm0.5mm2500mm，3台换热器的换热管都是40根，管子排列方式为正方形旋转45.

　　实验在冷换设备综合测试实验台上进行，主要测试仪表、设备为：①数字温度计。其分度为0.01，量程分别为050和0100。②压力表和压差计。③LZB50转子流量计和LZJ100转子流量计，其量程均为150m3/h，使用时二者并接。

　　2.3实验流程本装置主要包括2个回路、3个组成部分。两个回路为冷回路和热回路，即换热系统的管程和壳程。管程走介质水，壳程走介质油，测试水油之间的换热效率。3个组成部分包括冷水的小储罐和冷水的大储罐（这样便于水量的流动平衡稳定）、热油的储罐（不锈钢储罐）和加热部分以及循环动力系统。

　　2.4传热性能测试结果实验中管程介质为水，初定体积流量18m3/h；壳程介质为油，体积流量按2m3/h依次变化。

　　2.5数据处理根据本次实验数据及介质的运行环境，建立壳程传热系数公式的基本形式：1K=A0Ai1hi ri 1h0 r0 rp（1）式中，K为总传热系数，W/（m2K）；A0为管外壁表面积，Ai为管内壁表面积，m2；hi为管内膜传热系数，h0为壳程传热系数，W/（m2K）；ri为管内壁污垢热阻，r0为管外壁污垢热阻，rp为管内壁热阻，Km2/W.

　　在计算过程中，当（0-i）/0<10时（0为壳程热流量，i为管程热流量，W），认为实验数据可靠，予以采用。由于本实验装置是新设备，所以，换热器的壳程总传热系数化简为：1K=A0Ai1hi 1h0 rp（2）可得放热量和壳程总传热系数的关系如下：K=A0tm（3）式中，tm为平均温度差，根据实验数据绘制壳程总传热系数与壳程油流量的关系曲线。

　　对比螺旋角为30的螺旋折流板换热器和螺旋角为25的螺旋折流板换热器的第8组试验数据可得，螺旋角为30的螺旋折流板换热器比螺旋角为25的螺旋折流板换热器壳程传热效率提高了16.74.在流量相同时，螺旋折流板换热器壳程传热效率比同规格的弓形折流板壳程传热效率高。

　　3结论（1）随着螺旋折流板螺旋角度的增大，螺旋折流板换热器壳程传热系数也增大。螺旋角大的螺旋折流板换热器壳程传热效率高。

　　（2）在相同油流量的条件下，螺旋折流板换热器比同规格的弓形折流板换热器的壳程传热效率高，并且随着油流量的增加，螺旋折流板换热器壳程传热效率明显提高。由此可以得知，螺旋折流板换热器壳程传热效率比同规格的弓形折流板壳程传热效率高。