高效节能的新型管壳式换热器――连续螺旋折流板换热器 .docx

能源是经济发展和社会进步的重要物质基础，是衡量综合国力和人民生活水平以及国家文明发达程度的指标。国际能源紧张的局面下，开发诸如核能、地热、太阳能等新能源，也离不开最经济、综合效率**的换热器。采用高效的强化传热技术是提升换热器传热效能、提高能源利用率的有效途径。在现代科学技术领域里，无论在动力、冶金、石油、化工、材料制冷等工程领域，还是航空航天、电子、核能等高技术领域，都不可避免的涉及热量的传递及其强化问题。在各种能量系统及工业过程中，由于能量转换和利用的不完善性和局限性，存在着各种温位的余热。高效地利用和回收余热，节约能量消耗，高效换热器的研究开发至关重要。
换热器是不仅直接影响过程能耗的重要热能转换设备，保证工程设备正常运转不可或缺的功能部件，而且在金属消耗、动力消耗和投资方面占有整个工程中的重要份额。在电力、石油、化工等高能耗的工业部门中，换热器传热性能的高低，直接影响着工业系统的能耗水平。在石油化工中，换热器的投资约占系统设备总投资的40%左右，若以高效节能换热器取代传统换热器，则换热系统总能耗可降低20%～30%；在热电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占整个电厂中投资的70％左右；在动力消耗方面，以车辆为例，车辆冷却系统所消耗的功率要占发动机输出功率的3％～15％；在制冷机中蒸发器的质量要占总质量的30％～40％，其动力消耗约占总值的20％～30％，在以氟里昂为制冷剂的现代水冷机组制冷机中，蒸发器和凝结器的质量约占总质量的70％。
目前我国工业系统使用的壳管式换热器90%以上是采用传统的弓形折流板光滑管结构。此类换热器的体积庞大，材耗多，过程系统的能耗也高，亟待改进。针对弓形折流板在结构上存在阻碍流体流动、降低传热性能等缺点，许多研究对其进行改进，并开发出新型的管间支撑结构。螺旋折流板则是近几年迅速发展起来的新型管间支撑结构。在螺旋折流板换热器中，流体在壳程呈均匀的螺旋流动，类似塞状流，流体几乎不存在返混现象，也没有流动死区。
因而，壳程的压降能有效地转变为传热系数的提高，而且还不会出现管束的振动问题，污垢也较难聚集，尤其适合传热阻力在壳程时流体的传热强化。目前，国外换热器主要采用不连续螺旋折流板换热器。整体连续螺旋折流板则能克服不连续螺旋折流板泄漏流的缺点，但整体连续螺旋折流板在结构上需围绕一个中心管固定。若中心管不布管，则浪费了壳体直径空间，减少了传热面积。为充分利用壳体直径布管，可以将壳体设计为多壳程结构，但内壳程设置不同折流板结构，增加了制造复杂性，同时流体在多壳程之间串联流动，流路长从而增加了压降。
宜化化机公司提供一种管壳式换热器用螺旋折流的加工方法，该方法能够实现用于管壳式换热器的螺旋折流板基板的加工，得到螺旋曲线较好、内孔尽可能小的螺旋折流板，加工过程简单，工装实施容易。此法的实施无需围绕一个中心管进行固定，已经成型的螺旋折流板基板是一个具有一定长度的连续螺旋折流板，根据实际的需求，可以整体使用，也可以切割分段后使用，进行后续的开孔操作。
螺旋折流板强化管换热器与目前国内广泛使用的弓型折流板光滑管换热器相比，在相同坯管面积条件下，总传热系数可提高50%以上，大大提高了换热器的换热能力。对于相同换热负荷条件下，可节省20-30%的换热面积，节省了大量的金属消耗和人工成本。2021年4月，“高效连续螺旋折流板管壳式换热器设计、制造技术研发”课题通过了公司专家评审，这一研发项目使得宜化化机公司具备了高效螺旋折流板换热器的制造能力。无中心管、直纹曲面连续螺旋折流板换热器对于大型石油、化工企业有明显的节能优势，为正在加快现代化步伐的中国提供一种大面积节能减排效果的产品，有极好的经济效益和社会效益。

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