目前在我國石油化工行業(yè)中,換熱設(shè)備投資占設(shè)備投資的30%以上,其中80%以上的管殼式換熱器仍采用弓型折流板和光管結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)決定了換熱器傳熱效果差,殼程壓降大,與我國正在推行的節(jié)能減排政策不相適應(yīng)。因此提高陜西換熱器的效能對化工行業(yè)節(jié)能減排、提高效益非常重要。
陜西換熱器傳熱過程的強化就是力求使換熱器在單位時間內(nèi)、單位傳熱面積傳遞的熱量盡可能增多。應(yīng)用強化傳熱技術(shù)的目的是為了進一步提高換熱設(shè)備的效率,減少能量傳遞過程中的損失,更合理更有效地利用能源。提高傳熱系數(shù),擴大單位傳熱面積,增大傳熱溫差是強化傳熱的三種途徑,其中提高傳熱系數(shù)是當今強化傳熱的重點。
換熱管強化傳熱技術(shù)
管程的強化傳熱通常是對光管進行加工得到各種結(jié)構(gòu)的異形管如螺旋槽紋管、橫槽紋管、波紋管、低螺紋翅片管(螺紋管)、螺旋扁管、多孔表面管、針翅管等,通過這些異形管進行強化傳熱。
螺旋槽紋管
螺旋槽紋管管壁是由光管擠壓而成,有單頭和多頭之分,其管內(nèi)強化傳熱主要由兩種流動方式?jīng)Q定:一是螺旋槽近壁處流動的限制作用,使管內(nèi)流體做整體螺旋運動產(chǎn)生的局部二次流動;二是螺旋槽所導(dǎo)致的形體阻力,產(chǎn)生逆向壓力梯度使邊界層分離。螺旋槽紋管具有雙面強化傳熱的作用,適用于對流、沸騰和冷凝等工況,抗污垢性能高于光管,傳熱性能較光管提高2~4倍。
橫槽紋管
橫槽紋管的強化機理為:當管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時,管壁附近形成軸向漩渦,增加了邊界層的擾動,使邊界層分離,有利于熱量的傳遞。當漩渦將要消失時流體又經(jīng)過下一個橫向環(huán)肋,因此不斷產(chǎn)生渦流,保持了穩(wěn)定的強化傳熱作用。研究和實際應(yīng)用證明:橫槽紋管與單頭螺旋槽紋管比較,在相同流速下,流體阻力要大一些,傳熱性能好些,其應(yīng)用場合與螺槽紋管相同。
波紋管
對波紋管按流體力學(xué)觀點分析:在波峰處流體速度降低,靜壓增加,在波谷處流速增加,靜壓降低。流體的流動在反復(fù)改變軸向壓力梯度下進行,產(chǎn)生了劇烈的漩渦,沖刷流體的邊界層,使邊界層減薄。因此用波紋管做換熱管從理論上講:由于波節(jié)的存在,增加了對管內(nèi)流體流動的擾動,使波紋管具有較好的傳熱效果,但流動特性不如光管的好。在低雷諾數(shù)下,波紋管的換熱與阻力性能比明顯好于光管;在高雷諾數(shù)下,波紋管與光管的換熱與阻力性能比非常接近。