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2.5 換熱器

換熱設(shè)備是實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的設(shè)備。換熱器是過程工業(yè)中重要的設(shè)備之一。一個好的換熱設(shè)備設(shè)計一般應滿足如下要求:

①在給定的工藝參數(shù)條件(流體的流量、溫度等)下,達到要求的傳熱量和流體出口溫度(即符合工藝要求),即合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件;

②采用傳熱速率大、流體流動壓力降小、傳熱面積小的換熱設(shè)備,以取得最佳經(jīng)濟效益;

③設(shè)備安全可靠;

④便于制造、安裝、操作和維護。

換熱器的類型很多,特點不一,可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進行選擇。

2.5.1 換熱器的類型

依據(jù)換熱原理和實現(xiàn)熱交換的方法,換熱器可分為間壁式、混合式及蓄熱式三類,其中以間壁式換熱器應用最為普遍。

2.5.1.1 間壁式換熱器

其特點是冷熱兩流體間用固體壁隔開,以使兩種流體不相混合而通過固體壁面進行熱量傳遞,這種換熱器在工業(yè)上應用最為廣泛。間壁式換熱器按傳熱面的形狀及結(jié)構(gòu)特點又可分為管式換熱器(如套管式、噴淋蛇管式、管殼式等)、板面式換熱器(如板式、螺旋板式等)和擴展表面式(如板翅式、管翅式等),其中以管式換熱器中的管殼式換熱器最為普遍。

(1)管殼式換熱器

也稱列管式換熱器,如圖2-19所示,是間壁式換熱器中應用最為廣泛的一種。管殼式換熱器(或稱列管式換熱器)在圓筒形殼體中放置了由許多管子組成的管束,管子的兩端固定在管板上,殼體內(nèi)安裝了折流板以增加殼程流速,提高傳熱效率,是目前應用最廣泛的一種換熱設(shè)備。圖2-20為管束在管板上固定的局部圖示,一般采用脹接。根據(jù)需要,管殼式換熱器可以采用水平或立式安裝。

圖2-19 管殼式換熱器

1—封頭;2—管板;3—殼體;4—管束;5—折流板;6—耳架;7—接管

圖2-20 管子與管板連接的放大圖

1—管子;2—管板

圖2-19所示的管殼式換熱器,因為管內(nèi)流體自管束的一端進入,一次穿過管束并從另一端流出,而稱為單程管殼換熱器。許多情況下,由于管內(nèi)流體的流速太低,影響了總傳熱系數(shù)的提高,此時可在兩端的封頭內(nèi)添置適當?shù)母舭澹沽黧w先后流經(jīng)各部分管束。圖2-21中管內(nèi)流體先通過管束的一半管子,又從左封頭改變流向通過另一半管子,流體質(zhì)點在管內(nèi)所走的路程是管束長的兩倍,稱這個管殼換熱器的管程為雙程。

圖2-21 雙程管殼換熱器

1—殼體;2—管束;3—擋板;4—隔板;5—鞍座

當增加隔板的數(shù)量和布置后,管程數(shù)還可增加,如表2-12所列的四程、六程、八程等。換熱器中每個管程的管子數(shù)應大致相等。

表2-12 管程隔板的設(shè)置與管程數(shù)

殼內(nèi)一般不設(shè)橫向隔板而成為多殼程,一般多殼程是指多個相同的管殼換熱器的串聯(lián)使用。為了增加殼程流速、增強流體的湍動,提高殼程對流傳熱系數(shù),在殼程內(nèi)設(shè)置擋板(折流板),其形式為圖2-22所示的三種:圓缺形、弓形和環(huán)盤形。圖2-23表示設(shè)置圓缺形擋板(缺口在水平方向排列時)及環(huán)盤擋板后的殼體內(nèi)流體流向。

圖2-22 折流板的形式

圖2-23 擋板間的流動情況

由于換熱器內(nèi)兩種流體有明顯的溫度差異,因此管束和外殼的熱膨脹程度顯著的不同,產(chǎn)生管束、外殼、管板間的熱應力。當熱應力達到一定值時,可使管子發(fā)生彎曲變形,甚至從管板上拉脫,使換熱器損壞。為此,當管子與殼體的溫度相差50℃以上時,應采用熱補償措施,以減少熱應力。一般采用在換熱器的外殼中間部位加裝波紋膨脹節(jié)來調(diào)整熱膨脹量,減少熱應力,如圖2-24所示。由于這種結(jié)構(gòu)簡單,在管子與外殼溫差低于60~70℃和殼程壓力不高的操作條件下得到了廣泛的應用。

圖2-24 波紋膨脹節(jié)

管殼式換熱器的突出優(yōu)點是:單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大,結(jié)構(gòu)堅固,尤其適合在高溫、高壓、大型裝置中應用。常用的管殼式換熱器有固定管板式、浮頭式、U形管式等結(jié)構(gòu)形式。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單,造價低,但只適合于冷熱兩種流體溫差不大的場合,且殼程不易清洗或檢修;浮頭式換熱器管子受熱或冷卻時可以自由伸縮,適合于冷熱兩種流體溫差較大的場合,且便于清洗和檢修,但結(jié)構(gòu)較復雜,造價較高;U形管式換熱器的每根管子都彎成U形,所以只有一塊管板,管程至少為兩程。這種結(jié)構(gòu)較浮頭式簡單,同樣可用于溫差較大的場合,但管程不易清洗。

各種類型的管殼式換熱器以及其他類型的換熱器,我國已有系列化標準,設(shè)計時參數(shù)的選定應參照有關(guān)標準。

(2)夾套式換熱器

這種換熱器構(gòu)造簡單,如圖2-25所示。換熱器的夾套安裝在容器的外部,夾套與器壁之間形成密封的空間,為載熱體(加熱介質(zhì))或載冷體(冷卻介質(zhì))的通路。夾套通常用鋼或鑄鐵制成,可焊在容器上或者用螺釘固定在容器的法蘭或器蓋上。

圖2-25 夾套換熱器

1—內(nèi)筒體;2—夾套;3—葉輪;4—接管;5—軸

夾套式換熱器常用作反應器、物料貯罐、蒸發(fā)器、結(jié)晶器等,主要應用于過程的加熱或冷卻。根據(jù)需要,夾套內(nèi)可以在不同的時間分別通入熱水、蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水,以滿足槽內(nèi)不同時期的加熱、冷卻的需要。在用蒸汽進行加熱時,熱汽由上部接管進入夾套,冷凝水則由下部接管流出。作為冷卻器時,冷卻介質(zhì)(如冷卻水)由夾套下部的接管進入,而由上部接管流出。

這種換熱器的傳熱系數(shù)較小,傳熱面又受容器的限制,因此適用于傳熱量不大的場合。反應釜的內(nèi)筒常用不銹鋼或碳鋼,夾套材料主要是價格低的碳鋼。為了提高其傳熱性能,可在容器內(nèi)安裝攪拌器,使器內(nèi)液體作強制對流;為了彌補傳熱面的不足,還可在器內(nèi)安裝蛇管等。

夾套換熱器的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗值如表2-13所列。

表2-13 夾套換熱器的K

(3)蛇管式換熱器

當傳熱速率較大,需要大的傳熱面積時,夾套換熱不能滿足要求,可考慮浸入式蛇管換熱。如圖2-26所示,盤管安裝在殼體內(nèi),形成蛇管內(nèi)、外兩種流體的流動空間。槽式容器內(nèi)部也可設(shè)置適當?shù)纳吖軗Q熱裝置,有時還可將夾套、蛇管同時使用。

圖2-26 蛇管式換熱器

蛇管的形狀是將直管加工成各種曲線形狀的連續(xù)疊加狀態(tài),如螺旋狀或盤管狀態(tài),其圈數(shù)多少可根據(jù)需要而定。制作蛇管的材料有碳鋼、不銹鋼、鋁材、鉛材、玻璃、塑料等。為防止蛇管在使用中變形,均把蛇管固定在各種支架上,并把伸出殼體外的管端固定在殼體上。蛇管的形狀如圖2-27所示,根據(jù)需要也可制作成其他形狀。

圖2-27 蛇管的形狀

蛇管式換熱器可分為兩類,即沉浸式蛇管換熱器和噴淋式換熱器。

①沉浸式蛇管換熱器 蛇管多以金屬管子彎制成,或制成適應容器要求的形狀,沉浸在容器中。兩種流體分別在蛇管內(nèi)、外流動而進行熱量交換。

這種蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、便于防腐蝕、能承受高壓,主要缺點是由于容器的體積較蛇管的體積大得多,故管外的總傳熱系數(shù)值較小。如在容器內(nèi)加攪拌器或減少管外空間,則可提高傳熱系數(shù)。

②噴淋式換熱器 噴淋式換熱器如圖2-27(e)所示,多用作冷卻器。單排或多排固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上,熱流體在管內(nèi)流動,自最下管進入,由最上管流出。操作運行狀態(tài)如圖2-28所示。冷水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下,分布在蛇管上,并沿其兩側(cè)下降至下面的管子表面,最后流入水槽而排出。冷水在各管表面流過時,與管內(nèi)流體進行熱交換。這種設(shè)備常放置在室外空氣流通處,冷卻水在空氣中汽化時,可帶走部分熱量,以提高冷卻效果。它和沉浸式蛇管換熱器相比,還具有結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,便于工作與檢修和清洗、傳熱效果較好等優(yōu)點,其缺點是體積較大,常安裝在室外操作,噴淋不易均勻。管外對流傳熱系數(shù)比沉浸式大,這是由于部分冷卻水被汽化的結(jié)果。

圖2-28 噴淋式換熱器

1—冷卻水泵;2—淋水管;3—支架;4—蛇管;5—排水

蛇管換熱器的K值范圍如表2-14所示。

表2-14 蛇管換熱器的K值范圍

應指出,在夾套式或沉浸式換熱器的容器內(nèi),流體常處于不流動的狀態(tài),因此在某瞬間容器內(nèi)各處的溫度基本相同,而經(jīng)過一段時間后,流體的溫度由初溫變?yōu)榻K溫,故屬于不穩(wěn)定傳熱過程。這些換熱器仍為一些中小型工廠所廣泛采用。

③套管式換熱器 套管式換熱器系用管件將兩種尺寸不同的標準管連接成為同心圓的套管,然后用180°的回彎管將多段套管串聯(lián)而成,如圖2-1所示。每一段套管稱為一程,程數(shù)可根據(jù)傳熱要求而增減。每程的有效長度為4~6m,若管子太長,管中間會向下彎曲,使環(huán)形中的流體分布不均勻。

套管換熱器的優(yōu)點為:構(gòu)造較簡單;能耐高壓;傳熱面積可根據(jù)需要而增減;適當?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑,可使流體的流速較大,且雙方的流體作嚴格控制的逆流,有利于傳熱。

缺點為:管間接頭較多,易發(fā)生泄漏;單位換熱器長度具有的傳熱面積較小。故在需要傳熱面積不太大而要求壓強較高或傳熱效果較好時,宜采用套管式換熱器。

2.5.1.2 混合式換熱器

這種類型的換熱器主要用于氣體的冷卻(有時兼作除塵、增濕或減濕等用)及蒸氣的冷凝,故又稱為混合式冷卻器或冷凝器。其特點是被冷凝(或冷卻)的蒸氣直接與水(或冷流體)接觸進行換熱,因此傳熱效果較好。此外設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,易于防腐蝕。必須指出,僅在允許冷、熱流體互相混合時,才能應用混合式換熱器。

2.5.1.3 蓄熱式換熱器

蓄熱式換熱器又稱蓄熱器,器內(nèi)裝有固體填充物(如耐火磚等)。冷、熱流體交替地流過蓄熱器,利用固體填充物來積蓄和釋放熱量而達到換熱的目的。通常由兩個并聯(lián)的蓄熱器交替使用。

蓄熱器結(jié)構(gòu)簡單,且可耐高溫,因此多用于高溫氣體的加熱。其缺點是設(shè)備體積龐大,且不能完全避免兩種流體的混合,所以這類設(shè)備在過程工業(yè)生產(chǎn)中使用得不太多。

2.5.1.4 翅片式換熱器

翅片式換熱器的構(gòu)造特點是在管子表面上裝有徑向或軸向翅片。當兩種流體的對流傳熱系數(shù)相差很大時,例如用水蒸氣加熱空氣,此傳熱過程的熱阻主要在氣體和壁面間的對流傳熱方面。若氣體在管外流動,則在管外裝置翅片,既可擴大傳熱面積,又可以增劇流體的湍動,從而提高換熱器的傳熱效果。一般來說,當兩種流體的對流傳熱系數(shù)之比為3∶1或更大時,宜采用翅片式換熱器。

翅片的種類很多,按翅片的高度不同,可分為高翅片和低翅片兩種,其中低翅片一般為螺紋管。高翅片適用于管內(nèi)、外對流傳熱系數(shù)相差較大的場合,現(xiàn)已廣泛應用于空氣冷卻器上。低翅片適用于兩流體的對流傳熱系數(shù)相差不太大的場合,如黏度較大的液體的加熱或冷卻等。

2.5.1.5 螺旋板式換熱器

如圖2-29所示,螺旋板式換熱器是由兩塊薄金屬板焊接在一塊分隔擋板(圖中心的短板)上并卷成螺旋形而構(gòu)成的。兩塊薄金屬板在器內(nèi)形成兩條螺旋形通道,在頂、底部上分別焊有蓋板或封頭。進行換熱時,冷、熱流體分別進入兩條通道,在器內(nèi)作嚴格的逆流流動。

圖2-29 螺旋板換熱器的螺旋形流道

1—隔板;2—傳熱板

因用途不同,螺旋板式換熱器的流道布置和封蓋有下面幾種型式。

(1)Ⅰ型結(jié)構(gòu)

兩個螺旋流道的兩側(cè)完全為焊接密封的Ⅰ型結(jié)構(gòu),稱為不可拆結(jié)構(gòu),如圖2-30(a)所示。兩流體均作螺旋流動,通常冷流體由外周流向中心,熱流體從中心流向外周,即完全逆流流動。這種型式主要用于液體與液體間的傳熱。

圖2-30 各種型式的螺旋板換熱器

(2)Ⅱ型結(jié)構(gòu)

Ⅱ型結(jié)構(gòu)如圖2-30(b)所示。一個螺旋流道的兩側(cè)為焊接密封,另一流道的兩側(cè)是敞開的,因而一流體在螺旋流道中作螺旋流動,另一流體則在另一流道中作軸向流動。這種型式適用于兩流體的流量差別很大的場合,常用作冷凝器、氣體冷卻器等。

(3)Ⅲ型結(jié)構(gòu)

Ⅲ型結(jié)構(gòu)如圖2-30(c)所示。一種流體作螺旋流動,另一種流體是軸向流動和螺旋流動的組合,適用于蒸氣的冷凝冷卻。

螺旋板換熱器的直徑一般在1.6m以內(nèi),板寬200~1200mm,板厚2~4m,兩板間的距離為5~25mm。常用材料為碳鋼和不銹鋼。

螺旋板換熱器的優(yōu)點如下。

①總傳熱系數(shù)高 由于流體在螺旋通道中流動,在較低的雷諾數(shù)下即可達到湍流(一般Re=1400~1800,有時低到500),并且選用較高的流速(對液體為2m/s,氣體為20m/s),故總傳熱系數(shù)較大。螺旋板換熱器總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值如表2-15所示。

表2-15 螺旋板換熱器的K

②不易堵塞 由于流體的流速較高,流體中懸浮物不易沉積下來,并且任何沉積物將減小單流道的橫斷面,因而速度增大,對堵塞區(qū)域又起沖刷作用,故螺旋板換熱器不易被堵塞。

③能利用低溫熱源,能精密控制溫度 這是由于流體流動的流道長及兩流體完全逆流的緣故。

④結(jié)構(gòu)緊湊 單位體積的傳熱面積約為列管式換熱器的3倍。

螺旋板式換熱器的缺點如下。

①操作壓強和溫度不宜太高 目前最高操作壓強為2MPa,溫度約為400℃以下。

②不易檢修 因整個換熱器為卷制而成,一旦發(fā)生泄漏,修理內(nèi)部很困難。

2.5.1.6 板式換熱器

板式換熱器主要由一組長方形的薄金屬板平行排列、夾緊組裝于支架上而構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片,壓緊后可以達到密封的目的,且可用墊片調(diào)節(jié)兩板間流體通道的大小。每塊板的四個角上,各開一個圓孔,其中有兩個圓孔和板面上的流道相通,另外兩個圓孔則不相通,它們的位置在相鄰的板上是錯開的,以分別形成兩流體的通道。冷、熱流體交替地在板片兩側(cè)流過,通過金屬板片進行換熱。每塊金屬板面沖壓成凹凸規(guī)則的波紋,以使流體均勻流過板面,增加傳熱面積,并促使流體湍動,有利于傳熱。

板式換熱器的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大;總傳熱系數(shù)高,如對低黏度液體的傳熱,K值可高達7000W/(m2·K);可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積;檢修和清洗都較方便等。

板式換熱器的缺點:處理量不大;操作壓強比較低,一般低于1500kPa,最高不超過2000kPa;因受墊片耐熱性能的限制,操作溫度不能太高,一般對于合成橡膠墊圈的溫度不超過130℃,壓縮石棉墊圈不超過250℃。

2.5.1.7 板翅式換熱器

板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多,但其基本結(jié)構(gòu)元件相同,即在兩塊平行的薄金屬板(稱平隔板)間,夾入波紋狀的金屬翅片,兩邊經(jīng)側(cè)條密封,組成一個單元體。將各單元體進行不同的疊積和適當?shù)嘏帕校儆免F焊給予固定,即可得到常用的逆、并流和錯流的板翅式換熱器的組裝件,稱為芯部或板束,然后將帶有流體進、出口的集流箱焊到板束上,就成為板翅式換熱器。目前常用的翅片形式有光直型翅片、鋸齒型翅片和多孔型翅片等。

板翅式換熱器的主要優(yōu)點:

①總傳熱系數(shù)高,傳熱效果好 由于翅片在不同程度上促進了湍流并破壞了傳熱邊界層的發(fā)展,故總傳熱系數(shù)高。同時冷、熱流體間換熱不僅以平隔板為傳熱面,而且大部分熱量通過翅片傳遞,因此提高了傳熱效果。

②結(jié)構(gòu)緊湊 單位體積設(shè)備提供的傳熱面積一般能達到2500m2,最高可達4300m2,而列管式換熱器只有160m2

③輕巧牢固 因結(jié)構(gòu)緊湊,一般用鋁合金制造,故重量輕。在相同的傳熱面積下,其重量約為列管式換熱器的十分之一。波紋翅片不單是傳熱面,又是兩板間的支撐,故其強度很高。

④適應性強、操作范圍廣 由于鋁合金的熱導率高,且在零度以下操作時,其延性和抗拉強度都可提高,故操作范圍廣,可在220℃至絕對零度范圍內(nèi)使用,適用于低溫和超低溫的場合。適應性也較強,既可用于各種情況下的熱交換,也可用于蒸發(fā)或冷凝。操作方式上可用于逆流、并流、錯流或錯逆流同時并存等。此外,還可用于多種不同介質(zhì)在同一設(shè)備內(nèi)進行換熱。

板翅式換熱器的缺點:

①由于設(shè)備流道很小,故易堵塞而增大壓強降;且換熱器內(nèi)一旦結(jié)垢,清洗和檢修很困難,所以處理的物料應較潔凈或預先進行凈制。

②由于隔板和材料都由薄鋁片制成,故要求介質(zhì)對鋁不發(fā)生腐蝕。

2.5.2 換熱器內(nèi)流體流程和流速的選擇

(1)流程的選擇

在換熱器中,選擇哪一種流體走管程,哪一種流體走殼程,這對設(shè)備的合理使用非常重要。選擇流程時要考慮:不潔或易結(jié)垢的物料應走易于清洗的一側(cè),對于直管管束,一般走管程;需要提高流速以增大傳熱系數(shù)的流體應走管程;腐蝕性或壓力高的流體應走管程;深冷低溫流體應走管程;被冷卻流體和飽和蒸汽一般走殼程;黏度大或流量小的流體,以走殼程為宜,因殼程中一般設(shè)有折流板,易于達到湍流。

以上各點常常不可能同時滿足,應首先抓住主要方面,如壓力、腐蝕性、清洗要求等,再兼顧其他要求。

(2)流速的選擇

流速直接影響傳熱系數(shù),但流速增大,又將使流體阻力增大,因此,換熱器內(nèi)適宜的流速應通過經(jīng)濟核算選擇。表2-16列出的常用流速范圍,可供參考。 

表2-16 管殼式換熱器內(nèi)常用流速范圍

2.5.3 各種間壁式換熱器的比較

在過程工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常要求在各種不同的條件下進行熱量交換,例如操作壓強高達200MPa,溫度在-250~1500℃的范圍內(nèi)變化,某些流體的腐蝕性又特別嚴重等,因此,對換熱器的要求也必然是多種多樣的。每種類型的換熱器都有其優(yōu)點。選擇換熱器類型時,要考慮的因素很多,例如材料、壓強、溫度、溫度差、壓強降、結(jié)垢腐蝕情況、流動狀態(tài)、傳熱效果、檢修和操作等。對同一種換熱器而言,在某種情況下使用是好的,而在另外的情況下,卻不能令人滿意,甚至根本不能使用。現(xiàn)在雖然新型換熱器不斷出現(xiàn)和使用日趨廣泛,但是老式的換熱器(如蛇管式和夾套式換熱器)仍有其適用的場合,如在釜式反應器中的換熱,而其他類型的換熱器就難以完成此種傳熱任務。列管式換熱器在傳熱效果、緊湊性及金屬耗量方面不如新型換熱器(如板式、螺旋板式換熱器),但它具有結(jié)構(gòu)堅固,可在高溫、高壓下操作及材料范圍廣等優(yōu)點,因此列管式換熱器仍然是使用最普遍的。當操作溫度和壓強都不是很高,處理量又不太大,或處理腐蝕性流體而要求用貴金屬材料時,就宜采用新型的換熱器。總之,采用什么類型的換熱器,要視具體情況,綜合考慮擇優(yōu)選定。

2.5.4 傳熱的強化途徑

所謂強化傳熱過程,就是指提高冷、熱流體間的傳熱速率。從傳熱速率方程不難看出,增大傳熱系數(shù)K、傳熱面積S或平均溫度差都可提高傳熱速率。在換熱器的設(shè)計和生產(chǎn)操作中,或換熱器的改進中,大多從這三方面來考慮強化傳熱過程。

(1)增大傳熱面積S

增大傳熱面積可以提高傳熱速率。但應指出,增大傳熱面積不應靠加大設(shè)備的尺寸來實現(xiàn),而應從設(shè)備的結(jié)構(gòu)來考慮,提高其緊湊性,即單位體積內(nèi)提供較大的傳熱面積。改進傳熱面的結(jié)構(gòu),如用螺紋管、波紋管代替光滑管,或采用翅片管換熱器、板翅式換熱器及板式換熱器等,都可增加單位體積設(shè)備的傳熱面積。例如板式換熱器,每立方米體積可提供的傳熱面積為250~1500m2,而管殼式換熱器單位體積的傳熱面積為40~160m2

(2)增大平均溫度差Δt

增大平均溫度差,可以提高傳熱速率,但是平均溫度差的大小主要取決于兩流體的溫度條件。一般來說,流體的溫度為生產(chǎn)工藝條件所規(guī)定,可變動的范圍是有限的。當換熱器中兩側(cè)流體均變溫時,采用逆流操作可得到較大的平均溫度差。螺旋板式換熱器和套管式換熱器可使兩流體作嚴格的逆流流動。

(3)增大總傳熱系數(shù)K

增大總傳熱系數(shù)也可以提高傳熱速率。已知總傳熱系數(shù)的計算公式為

          (2-77)

由上式可見,要提高K值,就必須減小各項熱阻。但因各項熱阻所占的比重不同,因此應設(shè)法減小對K值影響較大的熱阻。減小熱阻的方法有。

①加大流速,增強流體湍動程度,減小傳熱邊界層中滯流內(nèi)層的厚度,以提高對流傳熱系數(shù),即減小對流傳熱的熱阻。例如增加列管換熱器的管程數(shù)和殼程中的擋板數(shù),均可提高流速;板式換熱器的板面壓制成凹凸不平的波紋,流體在螺旋板式換熱器中受慣性離心力的作用,均可增加湍動程度;在管內(nèi)裝入麻花鐵、螺旋圈或金屬絲片等添加物,亦可增強湍動,且有破壞湍流底層的作用。與此同時,應考慮由于流速加大而引起流體阻力的增加及設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜、清洗和檢修困難等問題,即不能片面地要求提高對流傳熱系數(shù),而不顧及其他。

②防止結(jié)垢和及時地清除垢層,以減小垢層熱阻。例如增加流速可減弱垢層的形成和增厚;易結(jié)垢的流體在管內(nèi)流動,以便于清洗;采用機械或化學的方法或采用可拆卸換熱器的結(jié)構(gòu),以便于清除垢層。

從以上分析可知,強化傳熱的途徑是多方面的,但對某實際的傳熱過程,應作具體分析,即抓住影響強化傳熱的主要矛盾,并結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)、動力消耗、檢修操作等予以全面考慮,采取經(jīng)濟而合理的強化傳熱的方法。

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