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柏恩:换热器强化传热的方式

  •     通过改善传热性能,从而达到改善和提高热传递速率的目的。对于换热设备稳定传热时的换热量Q等于传热系数与换热面积及平均传热温差的乘积,即:
        
        扩展传热面积
        为了增加传热效果使用最简单、最多的一种方法是扩展传热面积,但不能增加设备的体积来增加传热面积,那样不但使设备庞大,而且增加了对设备的投资。目前,较好地方法是提高单位体积的传热面积,使用一些特殊构件,如翅片管、波纹管、板翅式换热器等。神宁煤业集团25万t/a甲醇装置精馏工号的加压塔冷凝冷却器在进行改造时使用了波纹管换热器,即用有2638根波纹管的换热器替换了有3773根普通列管的换热器,虽然少了1135根列管,但是换热面积却与原有换热器一致。
        加大传热温差
        加强换热器换热效果最常用的措施之一是加大换热器传热温差ΔT。比较常用的方法有两种:一是在热流体和冷流体的进出口温度一定的情况下,通过使冷、热流体相互逆流流动,即采用不同的换热面来实现改变平均传热温差的目的。二是扩大冷、热流体进出口温度的差别以最大平均传热温差,这种方法受实际设备或工艺的条件是否允许影响,所以在使用过程中应尽可能的考虑到不能使其成为增强换热器传热效果的最主要手段。如循环水冷却器冷却水的温度受当地的气温、湿度等因素影响,降温比较困难,另一方面也大大增加了能耗。所以,应综合考虑热力系统能量的实际情况,合理使用这种方法,而不能一味增加传热温差。
        增强传热系数
        当前,研究传热强化的重点和主要途径之一是从提高换热设备的传热系数以增加换热量着手。由方程式(1)可知,传热过程各串联环节的热阻叠加而成了总热阻1/K,进而得出为了提高传热系数可通过减小任何环节的热阻来实现,使传热过程的速率大大增加。但当各个环节的热阻1/α1、δ/λ、1/α2具有不同数量级时,总热阻的数值将由其中最大热阻所决定。以套管换热器为例,器壁热阻δ/λ,可以忽略,当α1远大于α2时,必定K≈α2,而当α2远大于α1时,必定K≈α1。由此可见,在串联过程中可能存在某个制约环节,须减小该环节热阻,否则难以达到强化传热的目的。在对神宁煤业集团25万t/a甲醇装置氨冷冻工号的冷凝器进行改造时就很好的利用了这一点,由于介质的腐蚀,在改造时将列管更换为不锈钢材质,而此种材料的导热系数仅为碳钢的三分之一,但是改造后冷凝器的换热效果却大幅增强,冷却水上、回水阀的开度仅为原来的三分之一,很好的节约了冷却水的用量。主要原因就是使用了特殊的换热管波纹管,使得管内的冷却水湍流加强而大幅提高了管程的给热系数。同时,由于波纹管的缩放作用,减少了污垢的生成使得冷凝器可以长期运行而不用清洗。相比之下金属材料的热阻远小于对流给热的热阻,在传热过程中不起主导作用。

     

     

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        编辑:黄黄
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