换热器设计中的新技术应用

                                 换热器设计中的新技术应用
                                          齐春景
                     (大庆石化公司机械厂,黑龙江大庆163711)
    摘要:文中阐述了在换热器的设计实践中,采用胶圈密封,加强换热管和管板之间的密封;利用套管加强波纹管与折流板的连接,采用螺旋流来消除死区等新技术在换热器中的应用。
    关键词:胶圈;密封;波纹管;螺旋
    中图分类号:TK17文献标识码:B文章编号:1671-4962(2008)01-0037-02
    在管壳式换热器的设计实践中,新技术得到很好的应用,尤其在操作条件比较苛刻的情况下,这些新技术能够满足使用要求。换热管和管板之间一般采用强度胀或者强度焊的连接形式,如果由于制造原因,强度胀或者强度焊的连接不可靠,在连接处就会出现泄漏,采用胶圈密封换热管和管板的连接可以有效防止这类问题的发生;管束振动是影响一些高效换热器推广的主要障碍,采用折流杆解决管束振动,制造上很不方便;采用普通折流板。
    在波纹管上加短套管,使波纹管和折流板紧密连接,可以有效减小振动;管壳式换热器的折流板,在壳程容易产生死区,采用螺旋流可以有效地消除死区。
    1·密封胶圈的应用
    密封胶圈一般要求有一定回弹性,也就是利用它的回弹性来实现密封。
    1.1密封胶圈的材料
    密封胶圈采用耐油橡胶就可以满足使用要求,在温度和压力特别高的条件下,可以采用紫铜圈或者退火08钢代替橡胶圈,实践证明[1],在10 MPa和300℃条件下,耐油橡胶可以在贴胀条件下,密封良好。
    1.2胶圈密封的结构
    胶圈密封下,换热管和管板连接见图1。
              
    密封胶圈镶嵌在胀带槽内,密封胶圈内径与换热管过盈配合,外径与胀带槽有少许间隙。
    2·加强套管的应用
    加强套管就是在波纹管上,与折流板连接处,加1个短管,利用这个短管,使波纹管与折流板联系在一起,中间不留间隙。
    2.1管束振动的判据
    壳程是气体或者液体,满足下列条件之一,就有可能发生管束振动[2]。
    (1)卡门旋涡频率fV与换热管最低固有频率fn之比大于0.5;(2)紊流抖振主频率ft与换热管最低固有频率fn之比大于0.5;(3)横流速度V大于临界横流速度Vc。
    2.2加强套管的作用
    加强套管使波纹管与折流板连接紧密,有效提高了与换热管最低固有频率fn,同时,也提高了临界横流速度Vc,因而,理论上,加强套管减小管束震动的发生概率。
    2.3加强套管的结构
    加强套管的结构见图2,要求换热管与套管、套管与折流板之间联系紧密。
             
    3·螺旋流的应用
    分析流体螺旋流动,首先了解螺旋线,也就是流体中某一微小单元的流动轨迹。
    圆柱面上的动点M绕中心轴z以角速度ω回转,同时,沿z轴方向以速度V移动,其动点M的轨迹就是螺旋线。
    3.1圆柱螺旋线的数学表达式
    圆柱螺旋线的立体图和展开方法见图3。
              
    3.2流体流动简化
    流体内任意一点物质的流动轨迹,可以简化为螺旋线。于是,在理想状态下,管道内流体的流动可以看作螺旋线的集合,研究螺旋流体的流动,推导出操作所需要的压强,流速等关系式。
    3.3螺旋流的应用
    管壳式换热器的壳程,流体的螺旋流动主要通过螺旋折流板来实现,美国ABB工程公司在螺旋流换热器的设计上,开发了自主知识产权的软件,用来计算螺旋折流板换热器的工艺参数。
    4·结束语
    介绍了管壳式换热器设计中的一些新技术应用,通过一阶段的使用跟踪报告,能够满足使用要求,这些新技术还有一定的局限性,不能满足所有工况下换热器的设计要求,需要进一步研究完善。
    参考文献:
    [1]国家技术监督局.GB151-1998管壳式换热器[S].北京:中国标准出版社,1999:26.
    [2]张作为,姜晓莉.螺旋在石油化工中的应用[J].化工设备与管道,2007,8:36.
    作者简介:齐春景,女,工程师,1998年毕业于燕山大学机电一体化专业,现从事压力容器设计工作。