换热器中折流板的作用
折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板被设置在壳程，它既可以提高传热效果，还起到支撑管束的作用。折流板有弓形和圆盘-圆环形两种，弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。
弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近，缺口大小用切去的弓形弦高占圆筒内直径的百分比来确定，单弓形折流板缺口如图，缺口弦高h值，宜取0.2~0.45倍的圆筒内直径。弓形折流板的缺口可按图所示，切在管排中心线以下，或切于两排管孔的小桥之间。
换热器中折流板的作用：1.增加湍流；2.减少死区；3.加长流程；提高换热效果。4.对换热管起支撑、定位作用。
石家庄博特环保133六384零665是一家换热器的设计、生产、安装调试的公司。
2014.7.23 宋小平 裴志中 2006.6.2 S 防短路螺旋折流板管壳式换热器 螺旋折流板的一周螺旋，仍有X 块折流板连续组成，但每一块折流板直边，增加一至二排管距宽度C 。组装时重叠搭接部分由同根管子穿过，为避免接触点干涉，在交叉处开一宽度为C 的缺口以便相邻两螺旋折流板相交。这种交叉重叠搭接方式接续，可以对流经管束的介质起到引导作用，减少两相邻扇形板直边交叉形成三角形空间的短路现象，同时强化了折流板之间的连续性，避免了装配时的径向分离。 防短路螺旋折流板搭接形式示意图 华南理工大学 徐白平 江楠 2006.1.20 F 复杂流场螺旋折流板换热器及其减阻强化传热方法 换热器内螺旋折流板由与换热器中心轴线倾斜的椭圆扇形板拼接成单螺旋或双螺旋状，位于壳体中心；外螺旋折流板为与换热器中心轴线倾斜的椭圆环扇形板拼接成螺旋状，位于内螺旋折流板外围。该换热器利用内外螺旋折流板不同结构的导流作用，引入复杂流场，改善流体在壳体内壁附近及折流板背风侧的流动状态，强化壳体处与中心外围区域的混合，提高流体在换热器内整体湍动程度，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，提高换热器的有效利用面积，强化壳程传热。换热器结构加工、装配、维护方便，制造成本低，突破了限制螺旋折流板向大流量操作的瓶颈，节能降耗，市场前景好。 一种管壳式换热器 王秋旺 贺群武 2003.10.17 F 本发明涉及一种管科式换热器，主要应用于气体压缩机中间冷却器。包括一个壳体，位于壳体中心的中心气体通道，分别位于壳体两端的两个挡板，一束平行固定于两个挡板之间的内翅片管束，位于壳侧的冷却水入口和冷却水出口，若干位于内翅片管束和外壳之间的螺旋形
换热器各种管束支撑的结构与传热性能 换热器各种管束支撑的结构与传热性能 李安军邢桂菊周丽雯 (辽宁科技大学材料科学与工程学院鞍山市114051) 摘要：管束支撑是管壳式换热器的重要元件,改变管束支撑的的形状和结构是强化传热的重要手段,文中详细描述和分析了弓形折流板、整圆形折流板、折流杆、螺旋隔板、空心圆环、管子自支撑结构、抗振折流杆和旋流片的结构特点和传热特性,并对各种管束支撑的传热性能比较。每一种管束支撑都有自己的特点和工作环境,其优缺点是相对的,但总的发展趋势是管束支撑物的结构加工工艺趋于简单化,传热强化和抗振功能明显提高。 关键词：管束支撑; 传热性能; 换热器中图分类号:TQ051 文献标识码：A文章编号:1009 3281(2008)02 0028 04 20世纪80年代以来,强化传热技术被誉为第二代传热技术[1],并得到了充分的发展。它是能够显著改善传热性能的节能技术,其主要内容是强化传热元件和改变换热器壳程的支撑结构,用以提高换热效率,达到生产的最优化。管束支撑是管壳式换热器的重要原件,主要起到支撑管束、减小管束振动和引导壳程流体的流向的作用,一种好的管束支撑,能够强化壳程热交换,节约投资和运营成本,因此,开发优良的管束支撑结构是非常必要的。工程上已应用的管束支撑主要有:弓形折流板、整圆形折流板、折流杆、螺旋隔板、空心圆环、抗振折流杆、旋流片和 管子自支撑结构等,这些管束支撑各有优缺点。 1 各种管束支撑 1.1 弓形折流板弓形折流板包括单弓形折流板和双弓形折流板。单弓形折流板是化工企业用得最多的一种,其结构见图1a,但是这种折流板具有流阻大,易结垢,易引发流体诱导振动等缺点[2]。双弓形折流板由双弓形隔板和中心隔板组成,结构见图1b。两种隔板沿管束方向交替排列,引导流体波浪式前进。双弓形隔板换热器与间距和缺口相同的单弓型隔板换热器相比,虽然其压降为后者的0.3～0.5,传热系数为后者的0.6～0.8,但总体的传热性能是提高的[3]。弓形折流板换热器可以用于单相、沸腾和冷凝的各种工况中,适用的介质也比较多,如水、汽、 原油、轻质油等。 1.2 整圆形折流板 已开发出的整圆形折流板有五种结构,如图2。 大管孔整圆形折流板出现得较早,板上有比管径大的圆孔,圆心与管轴共线,既让管子穿过,又可以让管间流体通过,这种纵流式结构可以减小传热管的振动,但缺乏对管子的支撑作用。后来开发出带小圆孔的整圆形折流板,折流板上除钻有等于管外径的管孔外,管孔之间再钻小圆孔,让管间流体由小圆孔流过折流板,可以克服大管孔整圆折流板的缺点。为进一步提高性能,又开发出了矩形孔、梅花孔整圆形折流板,既能支撑管子,又能让管间流体流过折流板。还有一种网状整圆形折流板,其结构仍按普通折流板划线、钻孔,然后将折流板上的横排孔以4 个为一组,将管桥处铣通而成[4]。 整圆形孔板能有效地堵塞壳程中管束与壳体之间的缝隙,从而阻止流体在该缝隙中的无效流动;流体从孔板开孔处穿过,孔板的“节流作用”使流体产生波动和二次流而加剧湍流,有效地提高传热效率[5]。整圆形折流板结构的换热器壳程介质主要为水和轻质油,可适用于各种工况。
换热器折流板各型式讨论
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换热器折流板各种型式的讨论 兰州四方容器设备有限责任公司李建仓 摘要：本文介绍了换热器所用折流板的几种型式，对其结构及工作形式作了阐述，并将其优点及缺点进行了说明和总结，从而为折流板换热器的设计选型及制造提供了依据和指导。 折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板是列管式换热器中的一个零件可用以起到提高传热系数和支承管束的作用;但由于它结构简单所以往往被设计者所忽视。现实的情况可以证实到目前为止无论是我国自行设计还是国外引进的设备折流板的结构常是五花八门，其中有些结构既制造复杂又不利于提高传热系数。其原因在于设计者没有根据具体的传热性质来认真地对它进行分析后再确定具体的结构和尺寸。本文拟对各种型式折流板的优缺点一一列出并进行对比，提出换热器在什么情况下所适用哪种折流板的一些个人意见和有关同志进行商榷。 折流板有常用折流板和异形折流板之分。常用折流板主要有弓形和圆盘-圆环折流板，其中弓形又分为单弓形、双弓形和三弓形，如图一： 图一 异形折流板有:矩形折流板、折流杆型折流板和格栅折流板等，如图二～四：
矩形折流板（图二） 折流杆换热器示意图（图三） 格栅折流板（图四） 这些折流板都有各自的优缺点，逐一说明如下; 一、弓形折流板。大部分换热器都采用弓形折流板。弓形折流板在壳程内的 放置形式上下方向排列的形式，用以造成液体剧烈扰动以增大传热系数;左
换热器折流板各种型式的讨论 兰州四方容器设备有限责任公司李建仓 摘要：本文介绍了换热器所用折流板的几种型式，对其结构及工作形式作了阐述，并将其优点及缺点进行了说明和总结，从而为折流板换热器的设计选型及制造提供了依据和指导。 折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板是列管式换热器中的一个零件可用以起到提高传热系数和支承管束的作用;但由于它结构简单所以往往被设计者所忽视。现实的情况可以证实到目前为止无论是我国自行设计还是国外引进的设备折流板的结构常是五花八门，其中有些结构既制造复杂又不利于提高传热系数。其原因在于设计者没有根据具体的传热性质来认真地对它进行分析后再确定具体的结构和尺寸。本文拟对各种型式折流板的优缺点一一列出并进行对比，提出换热器在什么情况下所适用哪种折流板的一些个人意见和有关同志进行商榷。 折流板有常用折流板和异形折流板之分。常用折流板主要有弓形和圆盘-圆环折流板，其中弓形又分为单弓形、双弓形和三弓形，如图一： 图一
异形折流板有:矩形折流板、折流杆型折流板和格栅折流板等，如图二～四： 矩形折流板（图二） 折流杆换热器示意图（图三） 格栅折流板（图四） 这些折流板都有各自的优缺点，逐一说明如下; 一、弓形折流板。大部分换热器都采用弓形折流板。弓形折流板在壳程内的放置形式上下方向排列的形式，用以造成液体剧烈扰动以增大传热系数;左右方
向排列的，多数用于卧式换热器,设备中都伴随着有气相的吸收冷凝，以利于冷凝液和气体的流动，当列管是正方形排列时，为了使介质形成湍流以提高换热效果，则采用转角切口。单弓形折流板主要是为了提高整体的壳程的错流程度，切口的百分数一般为20%~49%；通常为20%~25%，最佳大小为20%，此时单位压降下传热膜系数最高，小于20%（缺口处不布管除外）压降较大；切口超过20%，导致形成流体流速的滞留区，切口过大或过小，都会降低管束的传热性能；为了减小振动，亦可采用缺口处不布管，缺口可减小到15%或者25%左右，其压降只有单弓形的1/3左右。双弓形折流板：当采用单弓形阻力过高，可改为双弓形折流板。双弓形折流板可以将通过壳程侧的流段分为两股，以此达到降低压降的目的，减小折流板间距，降低错流程度，其特点是有较大开口区域，允许与管子近乎平行的流动，所以流动诱发振动的几率较小。多弓形折流板保留了单弓的优点，有些尺寸的多弓形可以使流体的流动和管子接近平行，压降更低，降低振动可能性。双弓形和三弓形折流板能使两种换热介质良好的进行接触，消除换热器的死角，以提高换热目的，一般用于于大直径和大流量场合。 二、圆盘-圆环形折流板。圆盘-圆环形折流板是由大直径的开口圆板即圆环板（也称环板）和小直径的盘板交错排列组成。介质流动的特征是与轴心对称，流动多为与管束相向的平行流，因此，流动阻力较单弓形折流板小，由与管子垂直的横流引起的振动较小，但壳程传热膜系数增加比单弓形的小。圆盘-圆环形折流板一般用于大直径和大流量场合。 三、矩形折流板—在大圆盘上开设矩形孔和矩形挡板交错排列。矩形折流板有竖放和横放两种形式，竖放用于壳程介质是液相或有冷凝夜的情况；横放用于壳程是气相。其多用于大直径和大流量场合。 四、折流杆式换热器。这种换热器的主要结构主要是由折流网络和换热管组成的，折流网络是由很多个折流圈相隔一定距离焊接或用普通的定距管固定于拉杆上形成的。而每一个折流圈又是由很多根折流杆相互平行通过一定的间距焊接在外环上形成的。这些折流网络和换热管进行热交换就达到换热器的换热目的。这种换热器能够改善常规的板式折流板换热器的流体诱导振动。在这种结构中，支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙，管束中每根传热管的上、下、左、右都得到了可靠的支撑，而且从根本上改变了流体的流动状况，变折流板换热器的
11.2.4 折流板和支持板最小厚度：根据换热器直径和换热管无支撑跨距查GB151 表34。 工程设计中应注意如下： （1）表34 值为卧式换热器折流板的最小厚度（2）立式换热器无腐蚀时，可适当减薄（3）需抽管束且重量较重时，应适当加厚（4）有振动时，应适当加厚 11.3 支持板 （1）当换热器不需要设置折流板，但换热管无支撑跨距大于GB151 表42 规定时， 应设置支持板。（2）浮头换热器浮头端宜设置加厚的圆环形支持板 11.4 U 形换热器的尾部支持 U 形换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，结构尺寸A+B+C 大于GB151 表42 规定时，应在弯管部分加支撑。 11.5 折流杆：用与换热管垂直的四组圆钢所形成的“井”字将换热管固定住。 折流杆换热器使壳程流体沿着管束轴线纵向流动，从而彻底消除流体横向流动而产生 的诱发振动。并且折流杆会使流体不断地产生卡门漩涡以提高传热的效率。同时由于没 有横向流动，故壳程流体压降较底。折流杆换热器的关键技术在于正确的传热工艺计算 及制造组装技术。 折流杆的直径等于换热管的间隙；可视一组折流圈相当于一块折流板（或支板承） 11.6 螺旋折流板 由数块扇形板排列在有一定升角的螺旋线上，使流体在壳体内形成螺旋流，其特点 为：(1)可以使流体达到近似于柱塞流的效果；(2)返混程度很低，几乎没有流动的死区；(3)传热效率提高的同时，又获得了较佳的压降；(4)传热系数与螺旋角关系密切，最佳的螺旋角为25°~40°；(5)为减少无支撑跨长避免振动可用二头或多头螺旋。 11.7 拉杆，定距管：（1）换热管外径≥19mm 时，采用拉杆定距管结构；（2）换热管外径≤14mm 时,采用拉杆与折流板点焊结构；（3）拉杆应尽量均匀布置在管束外边缘。对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3 个支承点。（4）拉杆直径和数量根据GB151 表43,表44 11.8 防冲与导流 （1）管程设置防冲板条件：当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s 时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。
2014.7.23 宋小平裴志中2006.6.2 S 防短路螺旋折流板管壳式换热器 螺旋折流板的一周螺旋，仍有X块折流板连续组成，但每一块折流板直边，增加一至二排管距宽度C。组装时重叠搭接部分由同根管子穿过，为避免接触点干涉，在交叉处开一宽度为C的缺口以便相邻两螺旋折流板相交。这种交叉重叠搭接方式接续，可以对流经管束的介质起到引导作用，减少两相邻扇形板直边交叉形成三角形空间的短路现象，同时强化了折流板之间的连续性，避免了装配时的径向分离。 防短路螺旋折流板搭接形式示意图 华南理工大学徐白平江楠2006.1.20 F 复杂流场螺旋折流板换热器及其减阻强化传热方法 换热器螺旋折流板由与换热器中心轴线倾斜的椭圆扇形板拼接成单螺旋或双螺旋状，位于壳体中心；外螺旋折流板为与换热器中心轴线倾斜的椭圆环扇形板拼接成螺旋状，位于螺旋折流板外围。该换热器利用外螺旋折流板不同结构的导流作用，引入复杂流场，改善流体在壳体壁附近及折流板背风侧的流动状态，强化壳体处与中心外围区域的混合，提高流体在换热器整体湍动程度，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，提高换热器的有效利用面积，强化壳程传热。换热器结构加工、装配、维护方便，制造成本低，突破了限制螺旋折流板向大流量操作的瓶颈，节能降耗，市场前景好。 一种管壳式换热器 王秋旺贺群武2003.10.17 F 本发明涉及一种管科式换热器，主要应用于气体压缩机中间冷却器。包括一个壳体，位于壳体中心的中心气体通道，分别位于壳体两端的两个挡板，一束平行固定于两个挡板之间的翅片管束，位于壳侧的冷却水入口和冷却水出口，若干位于翅片管束和外壳之间的螺旋形折流
板，翅片管两端固定于两块挡板之间，中心气体通道与前后两个挡板以及壳侧外壳共轴，其中，每个翅片管包括外管，堵塞的芯管和翅片，翅片管中的翅片采用弯曲形状翅片。本发明所采用螺旋形折流板和翅片管采用锯齿形翅片或者螺旋形翅片的结构方式，可以使得换热器更加紧凑，换热效率更高，而且壳侧结垢少，使用寿命增加。（其部芯管也作为换热空间利用。） 一种外翅片管换热器 王秋旺田林2005.10.31 F 该装置主要用于气气换热，特别是高温高压下的工况，包括一个壳体，分别位于壳体两端的两个管板，一束平行固定于两个管板之间的翅片管束，起固定管束和导流作用的挡板，位于壳体的气体的进口与出口，以及在换热管外设置的不同形式的翅片，包括平板式连续翅板，波纹式连续翅板以及在其上开缝，开孔，安装纵向涡发生器或者百叶窗所形成的翅片，此外，还可安装螺旋状翅片。每个换热管包括外管，翅片堵塞的芯管，翅片包括波纹形翅片，锯齿形翅片，带突起的翅片以及打孔翅片。 本发明能够在满足换热要求的前提之下，同时能够满足承受较高的绝对压力或者故障状态下较高的相对压力的要求，防止换热器发生胀裂。 (该专利的启示：可应用于壳程压力较高的场合，立式管壳式换热器，壳程流体流动方向为自下而上)
２ ００８ 年第３ 期 目前我国的石油化工、化工、精细化工、电力等行业使用的管壳式换热器多为弓形折流板。弓形折流板使流体介质在换热器壳程内横向流动，导致介质阻力降大，易积垢，换热效率低，还可能诱导换热管振动等问题。 钛、锆波纹管的研发成功，解决了腐蚀问题，提高了传热效率，具有较强的自清污垢能力、伸缩性和很好的补偿能力，适用于多种场合［１￣３］。 螺旋折流板使流体在壳体内呈螺旋状流动，增强流体的纵向混合，并斜向冲刷管束使流体沿螺旋板方向流动，没有死区，不易积垢，抗振性能好等优点。特别适用于高粘度，流动性差的介质。 特种材料螺旋折流板高效换热器经理论分析、模型建立、流场、温度场分析计算、试制和应用表明，具有压降小、换热效率高、运行费用低、增产节能效果显著等特点，已在上海石化、金陵石化、扬子石化等企业的乙烯、醋酸、ＰＴＡ等装置上成功推广使用。 １ 结构特点 特种材料螺旋折流板高效换热器结构见图１， 主要由管箱、管束、壳体构成。管箱材料采用１６ＭｎＲ＋ＴＡ２ （或ＺＩＲ７０２）衬里，管板材料采用ＴＡ９＋１６ＭｎＩＩ复合板或ＺＩＲ７０５板，波纹管材料采用ＴＡ２ 或ＺＩＲ７０２，壳体材料采用１６ＭｎＲ，螺旋折流板材料采用０Ｃｒ１８Ｎｉ９，除壳程法兰外其余均采用１６ＭｎＲ（ＩＩ）＋ＴＡ２（或ＺＩＲ７０２）衬环结构。 １—管程进口；２—壳程出口；３—螺旋折流板；４—壳体；５—高 效换热管；６—放空口；７—壳程进口；７—壳程进口；８—鞍式支座；９—固定管板；１０—管程出口；１１—管箱 图１ 螺旋折流板结构图 螺旋折流板换热器的折流板由若干块１／４壳体横截面的扇形折流板自进口处向出口处呈螺旋状组装形成的。每相邻的４片组成一组，如图２所 特种材料螺旋折流板高效换热器的研究 高兴国１，田朝阳２，孙丹红２， （１．宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 ７２１０１４； ２．江苏中圣高科技产业有限公司高效传热研究所，江苏南京 ２１１１１２） 摘要：介绍了钛、锆高效波纹管与螺旋折流板新型结构的高效换热器的研发情况，实践证明，与传统的管壳式换热器相比较，特种材料螺旋折流板高效换热器具有传热系数高、压降低、防振动及适用范围广的优点，且增产节能效果明显，同时节省原材料投资。 关键词：螺旋折流板；波纹管；高效换热器；特种材料 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｗｉｔｈｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅａｎｄｎｅｗｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｍｍｏｎｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｇａｖｅｈｉｇｈｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏｓｓ，ｇｏｏｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅ；ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｓｐｅｃｉａｌｍａｔｅｒｉａｌ 中图分类号：ＴＫ１７２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－５５２３（２００８）０３－００２５－０５ 研究与探讨 ２５??
一、概述 在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都 有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程中，有的要放热，有的要吸热，要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量；工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，
以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品，需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些与热量有关的过程都需要使用换热设备。 使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却水的消耗。 综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
二、比较换热设备的指标 1.效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在 单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。 2.结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大， 比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即 传热面积与换热设备体积之比。 3.节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量 与传热面积之比。 4.压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小， 节省动力、操作成本降低。 5.要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期 长。 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。
折流杆换热器的设计 摘要本文介绍了折流杆换热器与传统换热器相比的特点和应用，并对所设计的折流杆换热器的折流杆结构进行了详细阐述，同时对折流圈，导流筒结构和管板密封形式进行了设计和论述。从而为折流板换热器的设计，制造以及研究提供了依据和指导。 关键词换热器；折流杆；折流圈；导流筒；设计 美国菲利普公司在上世纪70年代进行开发，设计研究出来折流杆换热器，此换热器主要目的是用来解决传统换热器中遇到的流体诱导振动问题。它的特点是抗振动性能强，并能消除壳程中的滞留区，能够很好地改善壳程流体的速度和温度的分布[2]。 这种换热器的主要结构主要是由折流网络和换热管组成的，折流网络是由很多个折流圈相隔一定距离焊接或用普通的定距管固定于拉杆上形成的。而每一个折流圈又是由很多根折流杆相互平行通过一定的间距焊接在外环上形成的。这些折流网络和换热管进行热交换就达到换热器的换热目的。 这种换热器能够改善常规的板式折流板换热器的流体诱导振动。在这种结构中，支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙，管束中每根传热管的上、下、左、右都得到了可靠的支撑，而且从根本上改变了流体的流动状况，变折流板换热器的横向流动为平行于管子的轴向流动，从而消除了产生液体诱导振动的根源，增加了传热效率，减小了压力降。另外折流杆换热器不易结垢，流体在经过折流杆时产生文丘里效应对管壁有强烈的冲刷作用，而且由于平行流动，避免了死区，也使得污垢难以形成。 在某项目中，因传统的换热器均不能解决诱导振动、传热效率和压降的问题，故设计一台折流杆换热器，以满足工艺及节能减排的需要。 1 设计方法 1.1 折流杆结构设计 此折流板换热器的最主要特点是采用了折流板网络结构作为热交换的载体。这也是与传统换热器最主要的区别。设计的关键也是在于折流板网络的构造设计。 折流板网络结构是由很多个折流删组成的。每一个折流栅都是由很多根折流板均匀，并且平行的焊接在一个管圈内组成的，我们通常将这个管圈称作折流圈。折流杆时最基本的组成部分，它可以是多种多样的，如方形，圆形，长方形等。折流杆组成的折流删等间距排列成一组，变构成折流网络的一个单元，如图2（a）所示。为了增加换热管的稳定性，我们将相邻两个折流圈和附带的折流板相互垂直排列。即其中一个竖直排列，则另一个水平排列。这样也可以使得每一根换热管在上下左右个方向得到支撑，如图2（b）所示。为了增加热传导效率，我们将折流栅中相邻的两个折流杆间隔并交错排列，如图2（c）所示。由此两种热交换介质中的流体由传统的垂直于换热管的横向流动变为平行于换热管的轴向流动，从而消除了产生诱导振动，增加了传热效率，减小了压力降。 图2 折流杆网络结构 换热管的中心距减去换热管直径便是折流杆直径，折流杆与换热管之间没有间距。折流板平行焊接在折流圈（环）上，折流圈平行排列组成折流栅，折流栅一组一组的排列构成折流网络，这种排列最大的利用了板间的换热面积，使得热
收稿日期:2006-06-05; 修订日期:2006-08-25 基金项目:国防科技重点实验室基金资助项目(51482100204J W0801);国家教育部“新世纪优秀人才支持计划”基金资助项目(NCET -04-0938) 作者简介:吴 峰(1978-),男,江西广丰人,西安交通大学博士研究生. 文章编号:1001-2060(2007)02-0190-07 连续螺旋折流板管壳式换热器 动态特性研究及预测 吴 峰,王秋旺,陈秋炀,谢公南 (西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049) 摘 要:建立了可进行壳管式换热器动态特性试验研究系统,通过试验研究的方法对水-油为换热工质的连续螺旋折流板管壳式换热器动态特性进行了试验研究,进口流量扰动为等百分比流量特性,研究了4种流量扰动方式下水和油出口温度的动态响应。同时研究了在一定Re 数下,不同的流体扰动量对换热器进出口温升的影响,得到了换热器进出口温升与流体扰动量之间的关联式。实验表明,液液换热系统温度的动态响应时间比较长,研究发现在正负的流量扰动下,换热器进出口温度变化呈现线性变化,进出口温升在正负流量扰动下其变化曲线具有对称特征。分别建立了有限差分数值预测模型及人工神经网络模型对换热器油侧的出口温度进行了动态预测,预测结果与试验值符合良好,人工神经网络的预测结果要好于数值模拟预测,其偏差绝对值在1.3%以内,表明人工神经网络在进行复杂的系统辨识时具有一定的参考及应用价值。关 键 词:壳管式换热器;连续螺旋折流板;动态特性;数值预测;人工神经网络;动态预测 中图分类号:TK172 文献标识码:A 引 言 在管壳式换热器中,螺旋折流板换热器由于其能够改善壳侧流动换热性能,在相同的压降下较弓形折流板换热器而言其壳侧换热系数较高而得到研究及应用[1～4];对于高粘度流体而言,其换热效果更加突出[5]。目前所使用的螺旋折流板管壳式换热器的折流板一般是由两块或四块扇形平板搭接而成,每两块扇形折流板之间一般存在三角区,存在严重的漏流问题,使得换热器壳侧的流动偏离真正的螺旋流动 [6] , 本文所使用的连续螺旋折流板换热器能够使得换热器壳侧的流动实现真正的螺旋流动,提高了换热效率[7]。而所有这些研究主要集中在换热器的稳态传热特性上,换热器稳态设计过程揭示了流体在换热过 程中能量平衡关系和稳定的温度分布。但是这些都 没有提供换热器动态行为方面的信息,对于一般的工业生产应用中,换热器总是与其它热力设备相互关联,这必然会影响到换热器运行过程中的一些热力参数,诸如换热工质的进口温度及流量的变化,换热器动态特性的研究对于换热器热过程的实时控制、状态计算、优化及合理利用是十分必要的。以水和油为换热工质的换热设备广泛地应用于化工、石油、冶炼及大型发电机的冷却技术中。本文通过实验研究的方法对连续螺旋折流板换热器在水油为换热工质系统中的动态特性进行了试验研究,应用人工神经网络技术进行了相应的预测,为相关换热设备的分析、设计及改进其控制系统提供依据。 图1 实验系统示意图 1 试验系统 所研究的系统以水油为换热工质,其中油走壳侧,为热流体;水走管侧,为冷流体。油的温升通过油箱中的电加热器通电加热完成,油箱中布置了8个电加热器,通过改变电加热器的通电个数能够实现导热油维持在不同的温度上。具体试验系统回路如图1 第22卷第2期2007年3月 热能动力工程 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THER MAL E NERGY AND POWER Vol .22,No .2 Mar .,2007
U形管换热器的整体结构设计 第1章绪论 管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。 1.1 概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器[1]。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%～45%。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。管壳式换热器按用途分为无相变传热的换热器和有相变传热的冷凝器和重沸器；按结构可分为固定管板、U形管、浮头式三种形式，而固定管板式换热器最为常见。 国内各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热器的研究一直非常重视，走过了从引进、消化、吸收、发展到自主开发的历程。二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热 1
折流杆换热器的设计制作 摘要：折流杆换热器是一种高效能换热器，与传统的折流板换热器相比，传热效率高、壳程压降低和防振效果好，清洗维护周期长，使用寿命长，具有良好经济效益，正在被逐步推广应用，市场应用前景广阔。但它的强化传热作用有一定的限制范围，最佳强化效果是气与水之间的换热。本文就折流杆换热器的设计、制作工艺进行简述，旨在能更好开发和应用折流杆换热器。 关键词：折流杆换热器，设计，基本结构，强化传热，制造工艺 Abstract: the baffle stem heat exchanger is a kind of high efficient can heat exchanger, and traditional baffle plate heat exchanger, compared to heat transfer efficiency, process pressure reduction and shell anti-vibration effect is good, cleaning maintenance cycle is long, long service life, has the good economic benefit, is being gradually the promoted application, the market broad prospect of application. But its heat transfer enhancement effect to have certain restriction limits, best the strengthening effect is gas and water of heat transfer between. This paper baffle stem heat exchanger design, production process this, to better development and application baffle stem heat exchanger. Keywords: baffle stem heat exchanger, design, basic structure, strengthen the heat transfer, manufacturing process 1 前言 我厂承接河池化工股份公司脱硫系统技术改造工程中的折流杆碱洗气水冷器设计、制作，该设备壳程设计压力2.1Mpa，设计温度100℃，介质为碱洗气；管程设计压力0.41Mpa，设计温度50℃，介质为水。折流杆换热器在国内的应用较少，由于其换热过程极其复杂多变，目前设计无任何标准、规范可遵循，也没有可供设计使用的计算公式和图表。我厂的设计是遵循对于不能用标准来确定结构尺寸的受压元件，按GB150《钢制压力容器》规定中的“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”。参照用户原使用的旧设备，在设备使用成熟的结构基础上，通过查阅国内外有关设计制作资料，弄清了其强化传热原理，参照设计制作的，并进行了改进，换热管采用不锈钢螺旋槽管，换热效果更好。该设备已经在实际应用中得到了证实，性能指标达到使用要求，传热效果明显，运行状况良好，安全可靠。现就该设备设计、制作进行总结。设备结构如下图： 折流杆换热器结构简图 2 折流杆换热器的设计
重沸器采用折流杆换热器的优缺点分析 李百虎 （炼化总厂酸性水车间） 1引言 各炼化企业的溶剂再生重沸器多采用弓形折流板换热器，这种换热器的最大优点是能承受高温高压，适应性强，处理量大，工作可靠；此外其制造相对简单，生产成本低，选材范围广，清洗方便。但是该换热器也存在以下问题：易引起诱导振动，导致换热器损坏；存在流动死区和漏流，实际传热效果远低于理论值；壳程的流动阻力大。因此，该换热器在使用中存在局限性。折流杆换热器是1970年由美国菲利普石油公司首创的。该类型换热器与折流板换热器的主要区别是不再设置折流板，而由折流杆组成的折流圈来代替折流板，既对管束起支撑作用，又对流体起扰动作用，且流动死区和漏流大幅减少。本文将对折流杆换热器替代折流板换热器的可行性进行简要分析。 2 酸性水装置溶剂再生重沸器的使用状况介绍 图1 再生重沸器的折流板及折流型式 如图1所示，在a、b、c、d四区存在介质流动死区。由于折流板与筒体之间存在着流动死区，当流速较低时将使参与换热的有效面积减少25%~30%。这就造成了折流板换热器传热系数降低。此外壳侧流速低和死区的存在还会引起污垢的沉积、结垢和腐蚀。 我车间再生重沸器因泄漏曾多次进行管束堵漏。2009年12月对该换热器进行检修时发现有252个管口存在泄漏，占总管口数的28.8%。因流速过慢且涡流影响，当介质在流经换热器流动死区时，大量有腐蚀性的污垢沉积并逐渐堆积，最终使换热器底部多排管束间隙被堵，使换热效率进一步下降，并造成了严重的腐蚀。
3 折流杆换热器的结构特点 折流杆换热器的核心部分是由一系列焊有折流杆的折流圈组成的折流圈笼。如下图所示。 图2 折流圈示意图 1—折流圈； 2—折流杆； D1、D2—分别为折流圈的内经和外径 图3 折流圈笼和管板的组装图 从以上两图可以看出折流杆是均匀地焊接在折流圈上，每一个折流圈相隔一定的距离，按一定排列分别焊接在拉杆上，从而形成一个折流圈笼。折流杆可以是圆形、方形、或长方形。通常相邻两个折流圈的折流杆其方向是成一定角度的（多成90°角）。即如果一个折流圈的折流杆是垂直布置的，则后一个折流圈的折流杆就为水平布置。管束穿过折流圈时可以有不同的情况，例如可以是两根折流杆中间夹一根管束，也可以是两根折流杆之间夹两根管束。而且前后折流圈的折流杆与管束之间也可以有不同的组合情况。不过，不论何种布置方式都必须保证每根管束能被四个折流圈的四根折流杆从四个方向将其牢牢固定。折流圈中的折流环可以用圆杆、方杆或方条制作。起内径等于管束的外径，其外径则等于壳体内径减去