機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題: 高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 [打印本頁(yè)]
作者: 聶德平 時(shí)間: 2010-11-13 08:10
標(biāo)題: 高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
一板翅式換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀8 {" |: a: c' X: u
) w# a0 n, q5 j0 g+ ^% F4 H
板翅式換熱器首先應(yīng)用于汽車(chē)和航空工業(yè),，20世紀(jì)50年代開(kāi)始在空分設(shè)備中應(yīng)用,。冶金,、化學(xué)工業(yè)對(duì)空分設(shè)備的大量需求,，有力推動(dòng)了板翅式換熱器的技術(shù)進(jìn)步。在我國(guó),，鋁制板翅式換熱器由杭州制氧機(jī)集團(tuán)公司(以下簡(jiǎn)稱：杭氧)等在20世紀(jì)60年代中期開(kāi)發(fā)成功,，使我國(guó)成為繼英國(guó)、美國(guó)和日本之后第四個(gè)能夠生產(chǎn)這種換熱器的國(guó)家,。但杭氧當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的鋁制板翅式換熱器多以低壓換熱器為主(<2．0MPa),。隨著空分技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是內(nèi)壓縮流程的不斷成熟和應(yīng)用,，要求板翅式換熱器的設(shè)計(jì)壓力提高,。尤其進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著我國(guó)內(nèi)地和沿海油田的不斷開(kāi)發(fā)和石油化工行業(yè)的快速發(fā)展,，承受中,、高壓的板翅式換熱器應(yīng)用日趨廣泛，由于國(guó)內(nèi)無(wú)法制造中、高壓力的板翅式換熱器,，當(dāng)時(shí)我國(guó)用于大型空分設(shè)備和石油化工設(shè)備中的中,、高壓板翅式換熱器全部依賴進(jìn)口。) e' m! Y' Y- a- N) u z! {6 o; ~
( t1 E: S& b# c+ ?/ Y( v 1992年杭氧從美國(guó)S．w公司引進(jìn)大型真空釬焊爐的同時(shí),，引進(jìn)了該公司的設(shè)計(jì)程序和工藝文件,。通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，使杭氧在板翅式換熱器制造技術(shù)上不僅能生產(chǎn)低壓換熱器,，而且還能生產(chǎn)高壓換熱器，為我國(guó)產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)提供了技術(shù)保證,。同時(shí),，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的努力研發(fā)，杭氧中,、高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有了很大的發(fā)展和完善,，技術(shù)更加成熟，制造工藝更加完善,。到目前為止,，杭氧生產(chǎn)的中、高壓板翅式換熱器(3．8MPa以上)已有200多臺(tái),，且運(yùn)行情況良好,，從未發(fā)生過(guò)安全事故。
6 v5 l, q3 O( Q! n9 z6 g
- z! f9 T9 ^7 M2 `" a3 O: Z, b 二高壓板翅式換熱器整體結(jié)構(gòu)
) e9 A9 ?3 O# S! ^# X . P+ p5 J! \' d8 B5 A9 a
高壓板翅式換熱器芯體由隔板,、翅片和封條3部分組成,。在相鄰兩隔板之間放置翅片及封條，組成一夾層,，稱之為通道,。對(duì)于高壓板翅式換熱器，由于承受的壓力較高,，隔板與翅片,、封條的釬焊要求也比較高，隔板的復(fù)合層要比低壓換熱器隔板的復(fù)合層厚,，封條的寬度也需相應(yīng)增加,。按，ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊(cè)u(píng)G一101的規(guī)定,，凡容器或容器部件的強(qiáng)度難以準(zhǔn)確計(jì)算時(shí),，其最大許用工作壓力可按試樣爆破壓力來(lái)確定。板翅式換熱器芯體由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，釬焊縫的檢查受到結(jié)構(gòu)限制,，不可能進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和其他檢查，也無(wú)法做強(qiáng)度核算,，所以只能通過(guò)試樣的爆破試驗(yàn)來(lái)確定,。按ASME規(guī)范規(guī)定,，試樣的爆破試驗(yàn)壓力應(yīng)是最大許用工作應(yīng)力的3～5倍，且以翅片母材拉伸斷裂為合格標(biāo)準(zhǔn),。對(duì)于高壓板翅式換熱器,，其翅片的最大許用工作壓力相應(yīng)提高。為了達(dá)到這一要求,，應(yīng)選擇性能較好的翅片材料,，同時(shí)增加翅片的厚度。杭氧最常用的兩種高壓翅片特性參數(shù)見(jiàn)表1,。
6 T% P8 y" i- P @* B. h8 I; ^ V8 ? 三設(shè)計(jì)計(jì)算) k/ a4 R9 F# R" o/ O. g( ~8 o
' S# ~6 N& X+ X! e5 I ?
3．1高壓翅片的選擇
& \1 T7 d" F$ q+ X6 H 2 F: H! o9 K! z9 f! v- d7 L7 b
高壓板翅式換熱器由于流體的壓力很高,，杭氧在設(shè)計(jì)時(shí)一般都選用多孔形翅片。隨著空分設(shè)備設(shè)計(jì)水平的不斷提高及內(nèi)壓縮流程和高壓板翅式換熱器在石油化工行業(yè)中的普遍應(yīng)用,，高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜,，流體之間的壓力等級(jí)往往差別很大，這給翅片的選擇造成了一定的難度,。某一內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備主換熱器的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2,。9 @: t! T/ V& c2 x0 t( r
) o+ Q4 \# k6 N 0 M O }3 A) G$ ~% Q5 g5 N" t$ B
% r8 F4 {( p7 `- D+ h, g
從表2可知高壓流體的工作壓力很高，而低壓流體的工作壓力又很低,。顯然對(duì)于高壓流體只能選擇多孔形翅片(到目前為止,，國(guó)內(nèi)還生產(chǎn)不出最大許用工作壓力在8．0MPa以上的鋁制鋸齒形翅片)；而對(duì)于低壓流體,，從翅片的傳熱面積及翅片的傳熱因子(．)方面考慮,，多數(shù)情況下會(huì)選擇鋸齒形翅片，這樣在流體傳熱計(jì)算中就很難設(shè)計(jì)板式的外形尺寸(計(jì)算長(zhǎng)度不匹配),，同時(shí)翅片選擇不當(dāng)也給制造帶來(lái)很多問(wèn)題,。
0 i5 x, n# V* i. D2 y( ~2 Q& \" K5 P , k- h. [; n. j" q3 L( A9 A6 q% {( V
經(jīng)過(guò)杭氧技術(shù)人員的努力研究，終于克服了這一設(shè)計(jì)上的難關(guān),。對(duì)于高壓流道采用最先進(jìn)的高密度多孔形翅片,，以增加其傳熱面積并盡量增大其傳熱因子；對(duì)于低壓流道采用節(jié)距較大的鋸齒形翅片以降低其阻力損失,，同時(shí)適當(dāng)增加低壓翅片的翅片厚度,，以提高整個(gè)芯體的剛性，提高釬焊的成功率,。. V/ H6 T/ w6 L
6 c& q( @4 [4 n% q; K1 C/ Y, y0 {6 j0 P 3．2 流道布置
" o1 D5 W; e/ m, D+ ?. U
# E8 b& q8 c5 C+ t 板翅式換熱器可以通過(guò)流道的不同組合,，布置成逆流、錯(cuò)流,、順流和多程流等多種形式,。對(duì)于高壓板翅式換熱器，杭氧一般都采用逆流，多股流高壓板翅式換熱器有時(shí)也采用多程流,。流道的布置方式有兩種：其一是單疊布置,，即1個(gè)熱流體通道與1個(gè)冷流體通道相間布置；其二是復(fù)疊布置,，即2個(gè)冷流體通道與1個(gè)熱流體通道相間或者2個(gè)熱流體通道與1個(gè)冷流體通道相間布置,。對(duì)于高壓板翅式換熱器，這兩種流道布置方式都可運(yùn)用,，但需根據(jù)具體情況來(lái)確定,。
$ i' \" u& i8 n9 R' J
3．3高壓板翅式換熱器中表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及流體阻力的準(zhǔn)則關(guān)系
. z/ O/ _8 b. f; T8 G- N
! k: q4 @+ y: F: Z5 J
* |7 Q+ \, z3 ?/ N 4 A2 e& q3 Q9 ?2 t
9 i& ^! W$ K3 B W; g5 b; \" a x3 |) x
3．4 翅片效率與表面效率6 @. r6 y2 T& Q+ X4 j
高壓板翅式換熱器的翅片效率與表面效率由于流道布置方式的不同，其計(jì)算方法也有區(qū)別,。9 {! V6 P, e6 w5 I2 ]/ E7 c
3．4．1 單疊布置的翅片效率與表面效率
" o1 \ E( A7 q
+ ?8 Z, U0 x1 t5 o( @
+ x/ v! W/ K$ s8 v# B2 a
3．4．2復(fù)疊布置的翅片效率與表面效率
7 w. k+ M) B* i9 X
8 O5 c; x8 r1 J$ Q& q7 U# P+ x0 v5 D6 p 復(fù)疊布置中的單個(gè)通道的翅片效率及表面效率的計(jì)算方法與單疊布置的相同,。
8 L. q# c: ?) @; A $ }* u2 {, w! m* L- v9 d. E+ v
復(fù)疊布置中復(fù)疊通道應(yīng)按下述方法處理。有效傳熱面為：
J0 _: m( }* X9 X8 ? 只是其中傳導(dǎo)距離z應(yīng)取為翅片高度h,。其中復(fù)疊的兩個(gè)通道只有一半的隔板表面作為一次表面，而另一半亦應(yīng)作為二次表面參加傳熱,，其相應(yīng)的效率璣按式(7)計(jì)算：
6 ?2 J$ @+ v5 M6 A1 ?7 P
3．5氣流均勻分配問(wèn)題+ b. m, p$ a5 E6 Y5 g8 @
" c4 v; O* ~, p; w9 Y8 f
對(duì)于高壓板翅式換熱器的高壓側(cè)流體,，由于流體的壓力較高，流體在板翅式換熱器中的流速一般不會(huì)很高(對(duì)于高壓流體與低壓流體換熱的高壓換熱器),，且多采用多孔形翅片,，阻力損失一般對(duì)流體的均勻分配影響很大，流體的偏流問(wèn)題比較嚴(yán)重,，應(yīng)引起足夠的重視,，并適當(dāng)增加設(shè)計(jì)余量；而對(duì)于低壓側(cè)流體,，由于流速相對(duì)于低壓換熱器流速較高,，流體的阻力損失相應(yīng)增大，從而使流體在板翅式換熱器中更為均勻地流動(dòng),，達(dá)到最好的換熱效果,。
8 h8 k: n* T8 v6 L' C" A: q+ G : g7 Y/ z2 j3 X0 }
四高壓板翅式換熱器的特點(diǎn)" {$ B( H1 I' C
% `0 @! d; ~$ ~9 N+ q C c& M' [( \
(1)傳熱效率高。由于翅片對(duì)流體的擾動(dòng),，使邊界層不斷破裂,，從而具有很大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；同時(shí)由于鋁具有很強(qiáng)的導(dǎo)熱性,、高密度翅片具有更小的當(dāng)量直徑,，使得高壓板翅式換熱器具有很高的傳熱效率。
5 W) F9 `8 m1 u* \( ]4 y 4 }; I ]* J1 z+ t" C
(2)承受壓力高,，降低能耗,。以往高壓換熱器大多采用繞管式換熱器，因繞管式換熱器的單位體積傳熱面積小，換熱器的溫差較大,，使小溫差換熱難以實(shí)現(xiàn),。空分設(shè)備是耗能較大的設(shè)備,，對(duì)于大型鋼鐵企業(yè)而言每年的耗電量很可觀,，一般占其總耗電量的12%，而換熱器的溫差每減小1oC,，能耗可降低約2％,。而高壓板翅式換熱器由于可以承受8．0MPa以上的壓力，且傳熱效果好,，熱端溫差甚至可以小于2oC,，其節(jié)能效果十分明顯。
1 v; i/ D, U0 y% v: k4 W
' O: h) n H2 o (3)結(jié)構(gòu)緊湊,。由于翅片具有擴(kuò)展的二次表面,，使得板翅式換熱器的比表面積可達(dá)1000～2500m2／m3。7 E: {2 C9 ]! D- ~ W- `
: H2 h" Q7 `) |. ]& b (4)設(shè)備輕巧,，適應(yīng)性大,。
* U+ x7 f. n3 y6 l c$ ^
5 h# g! I# e P1 \) N; d9 r 五應(yīng)用前景 d7 V$ O$ v2 q) v: I
) |8 \, |, s7 Q2 j. A0 g
近年來(lái)鋁制板翅式換熱器在我國(guó)發(fā)展很快，在不斷吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的條件下,，生產(chǎn)工藝更趨成熟,，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，檢驗(yàn)手段更加完善,，杭氧生產(chǎn)的板翅式換熱器的使用壽命一般都在20年左右,。經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)著空分行業(yè)的進(jìn)步，也推動(dòng)著高壓鋁制板翅式換熱器的發(fā)展和前進(jìn),，目前杭氧生產(chǎn)的高壓板翅式換熱器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空分及石油化工行業(yè),，而且大量出口到美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。杭氧高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)與制造水平已達(dá)到20世紀(jì)90年代末期國(guó)際先進(jìn)水平,，為參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和高壓板翅式換熱器翅片形式及翅片材料的不斷開(kāi)發(fā)，高壓板翅式換熱器將在更多行業(yè)中發(fā)揮更大的作用,。
: c8 t+ d* l5 t7 I
& k2 \$ \# \8 S$ C, q0 }! ?: ?: E
作者: 江邊明月 時(shí)間: 2011-1-15 15:38
好文章,，的頂一下，不然說(shuō)不過(guò)去,。
作者: mssy10086 時(shí)間: 2012-12-6 10:32
就目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)杭氧相當(dāng)牛B的,，
作者: 老梅meikainian 時(shí)間: 2017-3-29 13:47
好文章，學(xué)習(xí)了
| 歡迎光臨 機(jī)械社區(qū) (http://97307.cn/) |
Powered by Discuz! X3.4 |
