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螺旋折流板换热器中流体以螺旋运动方式冲刷管束,克服了弓形折流板换热器中蛇形流动 存在的局部压力损失、流动死角以及弓形缺口处部分管束支撑跨距过大易产生共振而造成振动破 坏等缺点。针对绝大多数管壳式换热器都是正三角形排列布管的特点,在1/4椭圆-扇形螺旋折流 板基础上改进设计出三分椭圆螺旋折流板。三分椭圆螺旋折流板可按特定布管方式的自然间隔来 分块,也可以采用1/3分区布管。此方案可以应用于几乎所有目前采用弓形折流板的正三角形排 列布管的换热器场合,且管孔的定位划线和制造加工工艺容易实现。
关键词：螺旋折流板换热器;三分椭圆折流板;正三角形排列;倾斜角
中图分类号：TQ051.501 文献标志码:A
管壳式换热器具有结构简单、承受压力高的特点,目前依然是热交换设备的主流型式。常用的弓形折流板虽然加工制造简单,但具有存在流动死区、流动阻力较大、传热系数较低以及在缺口处管束支 撑跨距较大易诱导振动破坏等缺点,因而催生了许多新的管束支撑方案,螺旋折流板就是其中之一。 理论上的螺旋折流板是曲面,其设计和制造工艺比 较复杂。一种改进方案是1/4椭圆-扇形螺旋折流板[1,2],每层折流板由4片1/4椭圆-扇形折流板组 成,头尾相接可组成壳侧螺旋通道。
螺旋折流板具有消除壳程流动死区、降低壳程 流动压力损失并有效抑制污垢形成的作用,同时还 可抑制管束的振动破坏。StehlikP等进行的研究 得出,与传统弓形折流板换热器相比,相同条件下螺 旋折流板换热器的传热系数可提高1.8倍,流动阻 力降低25%[3,4]。陈世醒等研究发现,对于高粘度 油品,螺旋折流板换热器单位压降的壳程对流传热 系数约为普通弓形折流板换热器的1.5倍;对于水, 螺旋折流板换热器单位压降的壳程对流传热系数约 为普通弓形折流板换热器的2.4倍[5,6]。宋小平介 绍了十余台螺旋折流板换热器在炼油厂的应用情 况,使用结果表明,其各种性能指标均优于原弓型折 流板换热器,采用螺旋折流板换热器后的换热效率 都大幅度提高,并减少了换热面积和金属消耗,从而 降低了装置的设备投资[7]。
目前非连续螺旋折流板采用两种裁剪方法,一 种是以椭圆长、短轴为边的1/4椭圆折流板方案;另 一种是以椭圆短轴为对称线截取的1/4扇形螺旋折 流板方案[8]。其中采用或研究1/4扇形螺旋折流板 方案的占绝大多数。
1/4螺旋折流板方案较适合于正方形排列或辐 射状排列布管的场合,但管壳式换热器中还有使用 正三角形排列布置的管束。采用1/4椭圆-扇形螺 旋折流板方案应对正三角形排列布管时存在2个问 题,首先是四等分折流板的边与正三角形排列布置 的管束的自然间隔不符,每块折流板至少有一条边 所在的部分管子要让路。其次,在倾斜的1/4椭圆- 扇形折流板上进行正三角形排列布管的管孔划线定 位很困难。因此已有的研究或实用方案中有关螺旋 折流板的管束几乎都采用正方形布管方案或者辐射 状排列的布管方案。对于正方形布管方案,1/4扇 形折流板方案中与边不平行的作为基准的对称线的 存在也使得倾斜管孔加工很困难,特别是大倾斜角 的折流板方案。有人采用角度夹具或专用胎具工装 配合铣床、坐标镗床或数控机床等措施进行了折流 板管孔钻孔实践,但相当困难,严重影响了此类折流板换热器的普及应用。 在捷克化工设备研究所的LutchaJ等人发明 了1/4扇形螺旋折流板方案后的近20a里[8],国内 外同行专家只是在该发明的框架下开展相关研究, 却从来没有人就1/4椭圆-扇形螺旋折流板方案不 适合正三角形排列布管之事进行质疑,几乎无人考 虑布管方式与折流板设计的关联。文献[9]已经讲 到一个螺距可取2~4块折流板,但迄今却没有发现 有关每个螺距采用3块折流板解决正三角形排列布 管方案的研究。
笔者提出了适合正三角形排列布管的三分椭圆 螺旋折流板方案,并且申请了国家发明专利[10]。该 项创新使原先很难大规模应用的螺旋折流板式换热 器具有了普及应用的可能。由于提出的折流板分隔 方案无需改变原有布管方案,因此在采用螺旋折流 板换热器取代现有弓形折流板方案换热器时,可以 极小的投入获得较大的收益,必将对国内外换热器 行业产生重大影响。
