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1、 1管壳式连续螺旋折流板换热器管壳式连续螺旋折流板换热器 关键词：螺旋折流板、连续、堵塞、结垢、压降、节能、换热效率关键词：螺旋折流板、连续、堵塞、结垢、压降、节能、换热效率 一，管壳式连续螺旋折流板换热器的结构特点 所称谓的连续螺旋折流板换热器，就是将管壳式换热器壳程中用以控制流体运 动方向和流速的弓形折流板取消，取而代之的是连续螺旋折流板，实际上应称做螺旋导 流板。壳体中的连续螺旋导流板使得流体沿着一个连续的，流道截面积不变化、封闭的 螺旋通道运动，也就是流体在壳程的全程运动中，运动轨迹是稳定的螺旋线。这彻底改 变了弓形折流板换热器中壳程流体的之字形的折返流动状态。 这是对管壳式换热器壳程
2、 流体运动状态的一次革命。而现在较先进，且得到广泛运用的四分之一螺旋折流板换热 器，它是由转变一定角度的四块扇形折流板组成一个螺距，即在一个象限放一块扇形折 流板，扇形折流板之间的距离是四分之一螺距。这种螺旋折流板换热器所形成的是一个 近似的螺旋通道。 图一是连续螺旋导流板管束的半成品的局部照片，图二是四分之一螺旋折流板管 束半成品的局部照片。对两张照片进行比对，可以清楚的看到两种螺旋导流板换热器管 束在结构上的不同。 连续螺旋导流板换热器没有短路问题， 传热效率更高， 操作弹性大。 图一 连续螺旋导流板换热器管束 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 2图二 四分
3、之一螺旋折流板换热器管束 二，管壳式连续螺旋导流板换热器壳程流体的流动特证及优点 传统的弓形折流板换热器壳程流体的运动轨迹是 Z 字型， 流体的运动方向和速度都在做 周期性变化，且存在流体运动盲区。连续螺旋导流板换热器壳程流体的运动轨迹是螺旋 线，运动速度不变化，且流速高，压降小，无运动盲区。试验证明当连续螺旋板换热器 壳程流体速度是弓形折流板流体速度的二倍时， 其压力损失远小于弓形折流板的压力损 失。因而可以将连续螺旋板换热器壳体流速设计的很大，当流体流速大且压力损失小又 无流动盲区时，连续螺旋导流板换热器具备以下优点： 其一，传热效率大大提高，节能效果明显。单位压降下传热系数大是连续螺旋导
4、流 板换热器的明显特征。以壳程单位压降下传热系数大小（h/p）作为衡量换热器综合性 能的评判标准，连续螺旋导流板换热器大大优于弓形折流板换热器。图三是根据我们的 试验做出的压降与给热系系关系曲线示意图。当流速越高，连续螺旋导流板换热器的换 热效率高，压力损失小的特点就会越明显。 图三 换热器壳程换热系数与压力降关系曲线 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 3其二，不沉淀、无堵塞。流速高且无运动盲区，就不会有沉积物产生； 其三，防结垢，防止结垢最有效的办法就使高流速，而流速高压降小是连续螺旋导 流板换热器的最大特点，流速高就能有效的减缓换热管管壁上结垢的形成，甚至可
5、以避 免结垢产生。当结垢少或没有结垢时，换热效率就得以提高，并使清洗周期得以延长， 保证装置长周期运行，降低检维修成本。图四 是连云港碱厂弓形折流板换热器管外结 垢照片，图五是连云港碱厂连续螺导流板换热器管外结垢照片，从两张照片可以明显看 出其结垢厚度的不同； 其四，防振动，由于在一台换热器管束中导流板是连续的一个整体，换热管无支持 跨距小，流体运动稳定无脉冲，因而能有效地防止换热管的振动，连续螺旋导流板换热 器也非常适合易产生震动的场合； 图四 连云港碱厂弓形折流板结垢照片 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 4图五 连云港碱厂连续螺导流板换热器结垢照片 其五，
6、连续螺旋板导流板换热器比四分之一螺旋折流板操作弹性大。当流速低的时 候，四分之一螺旋折流板换热器中心漏流短路问题特别突出，此时换热效率大大降低。 而连续螺旋螺旋导流板换热器不存在此问题。 三，技术现状 本公司研究、 试制连续螺旋板换热器已有五年多的历史， 并建立了热力试验平台 （图 六） 。攻克了连续螺旋板成型、钻孔、加工、组装以及热力计算等所有难题。图七是公 图六 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5司为大庆油田天然气分公司制造的直径 1400mm， 换热管长 9000mm的原油- 原油换热器 管束图。图八是公司为连云港碱厂制造的直径 1200mm，管长 45
7、00mm的二氧化碳（含 钙）冷却器管束图。 图七 图八 通过热力试验，取得了 460 多组工艺运行数据，对取得的数据进行研究分析，做出 了连续螺旋板换热器热力计算模型，绘制出壳程给热因子图。并用 lummus 公司的四分 之一螺旋折流板换热器的热工计算数据进行比较验证，差值率在 10%以内的台数有 74.5%，差值率在 15%以内的台数有 88.7%，最大差值率为 21.6%。本公司的计算模型 完全满足工程设计需求。 试验证明，连续螺旋板换热器给热模型和弓形折流板是有很大的区别，图九是两种 换热器给热因子示意图。设计连续螺旋板换热器时，在确定结构和工艺参数时，必须建 立在对连续螺旋板换热器的正
8、确认识基础上，改变弓形折流板传统认识的束缚，才能做 出合理的设计，发挥连续螺旋板换热器的优势。当设计合理时换热器的总给热系数可以PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 6提高 20%以上，且压力降减少 50%以上。其经济效益是非常可观的。 图九 给热因子示意图 三，研究方向 在同一个螺旋面上，靠近中心处的螺旋线长度小于外侧的螺旋线长度，直径大时， 两者相差几倍，当流体在螺旋通道做螺旋运动时，在垂直壳体中心线截面上的任意一点 的圆周方向初始线速度是相同的，但是，它们路径长度却有几倍的差距，流体进入壳体 和流出壳体的时间是不同的，这就使换热器的内外换热效果不一致。当然，流
9、体在做螺 旋运动时存在离心力，离心力使流体有向外运动的趋势，并使外侧流体不断加速。理论 上螺旋通道内流体的运动轨迹应是锥壳螺旋线，但由于换热管的存在，流体只能在换热 管的空隙间绕行，流体的运行状态，还需要进一步认识。连续螺旋导流板换热器的换热 效果受流体的速度、密度、导热系数、粘度、壳体直径，换热管的布置的综合影响。所 以，对每一台换热器，它们的流动状态都是不尽相同的。为使换热器内外侧都达到最佳 换热效果，认识各个参数的影响，这是我们今后研究的目标。当前，为解决这一问题， 我公司发明了多导程连续螺旋导流板换热器（专利号 20100323003026.4） ，让内层螺旋 板的螺距小于外层螺旋板的
10、螺距。增加了内层螺旋通道的长度，一定程度的改善了内外 层换热效果不一致的问题。同时也降低了螺旋板的加工难度。图十是公司制造的双导程 连续螺旋导流板换热器管束。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 7图十 双导程连续螺旋导流板管束 四，不解之谜 我们在做螺旋螺旋折流板的换热试验时发现，壳程流体的流速低到一定值时，其 出口压力表显示值高于进口压力表显示值。开始，我们以为是压力表精度不高，显示误 差造成的，当我们把进出口压力表对调以后，压力表显示的结果和没对调前一样。进出 口压力表的位差只有 300 毫米， 出口压力表显示值高于进口表差值远大于 300 毫米的液 柱静压力。显然也不是位差造成的。 秦皇岛东燕公司秦皇岛东燕公司 邵龙升邵龙升 电话电话:13504650716 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建
