换热器-折流板结构形式

【 要 】 管壳式换热 器中， 摘 在 一种流体在管 内流动 ， 另一种流体在 壳侧 流动 ． 并通过换 热管壁进行热量 交换 管壳式换 热器生产成本低 ． 清 洗方便 ， 适应性 强， 处理量 大， 工作 可靠 ， 能适应高温 高压 ， 且设计及加 工制造方法比较 完善 。 其允许操作压 力范围可以从真空到 ４ ． ａ 允许 １ ＭＰ ． ５ 操作 温度 可以在一 ０ ￣ 一 １０ ２ １０ １０ ￣ 之间 ， Ｃ （ 传热面积几乎不受限制 （ 己开发 出传热面积达 ５０ — ０ ０ 的管壳式换热装备） 因此 ． 国外 ０ ０ ８ ０ ｍ， 虽然它在 结 构 紧凑性 、 传热强度和单位金属 消耗量方面无法与板 式或板 翅式换 热器相 比， 由于有前述优 点， 但 其在化 工、 油能源等行业应用中仍 处于主 石 导地位 ． 目前在世界 范围内占换热 器总数的 ３ ％一 ０ ５ ４％
【 关键词 】 化工机械 ； 换热器 ； 传热面积 ； ； 能耗 适应性 ； 环经济： 循 节能减排 ： 热传递
２ 连续与非连续螺旋折流板 ． １ 要使 壳程工质形成理想的连续螺旋流动 ． 折流板应 该是 一系列 连 在工业生产 中， 换热器 的主要作用是使热量 由温度较高的流体传 续 的螺旋曲面 ． 可称之 为连续 型螺旋折 流板 ． 其结构类似于常见 的输 递 给温度较低 的流体 ． 使流体 温度达到工艺 流程规定 的指标 ． 以满 足 送 固相介质 的搅龙 过程工 艺条件 的需要 ， 也是余热 、 废热 回收利用 的有效装置 。 换热器作 连续螺旋折 流板可使壳程流体形 成相对 连续平稳 的螺旋 流动 ． 但 为一种 通用的热工过程设备 在炼油 、 工 、 化 环保 、 发电 、 制冷 、 品 、 食 新 受 螺旋结构的限制 ， 壳体中心 区域需要加装 假管 ． 其 从而降低 了壳体 能源利用等许多工业部 门中广泛使用 。以石油化工 厂为例 ． 换热器 占 空间的利用率 ， 换热器紧凑性下降。 此外 ． 连续螺旋折流板换热器的加 建厂总投 资的 ２％左右 ， ０ 在全厂化工设备总重量中约 占４ ％。鉴于换 ０ 工 制造 安装也 比较复 杂 ．给产品 的进一步 大型化和推广应用带来 困 热器在工业生产 中的重要作用 ． 改进典 陛能和提 高其效 率成为节能减 难。 排 的重要途径 ， 将产生显著 的社会和经济效益 。 目 应用中的螺旋折流 板换 热器大多采用一 系列法向与换热管 前 轴 向成 一定夹 角的扇形平 面板进 行搭接 ． 形成 近似 螺旋面 ． 可称之为 １ 管壳式换热器综述 非连续螺旋折流板。 相邻两块折流板间会形成一个三角区 ． 导致漏 流． １ 横 向流支撑结构 ． １ 壳程流体进行的是“ 伪螺旋状流动 最有代表性 的横 向流支撑结构是单 弓形折流板 ． 结构简单 ． 其 制 ２２ 螺旋角 ． 造安 装方便 ． 因而 目前应用 最广泛 ． 发展最成 熟 ， 计资 料也较 为完 设 螺旋角又称折流板倾角 ． 连续螺旋折 流板螺旋角 的定义为折流板 备 在单 弓形折流板管壳式换热器 内， 壳程流体经过折 流板的圆缺部 在壳体上形成的螺旋曲线切线与壳体横截面间的夹角 口 。非连续螺旋 分后垂直掠过管束 ． 并在折流板的作用下进行“ ” ｚ 字形流 动 ． 流体湍流 折流板螺旋角的定义为折流板 法线方 向与换热管轴心的夹角 。 程度强 ． 传热效率高 ． 但缺点也较明显 ： ２ 螺旋折流板裁剪方式 － ３ （） １流体反复横 向冲刷换热管束并不断剧烈改变流 动方 向会产生 非连 续螺旋折流板按照裁剪 方式还可 以分 为四分之一椭圆和 四 较大的形体阻力 ． 壳程压降往往超出允许值。 分之一扇形两种形式 四分之一椭 圆螺旋折流板的长短边分别 为折流 （） ２ 在折流板与壳体相连处存在流动死区 ， 结垢严重需 经常清理 ， 板所在椭 圆的长短轴 ． 四分之一扇形螺旋折流板左右对称 。每片椭 圆 停工检修频繁 ： 型钢板采用 四分之一椭圆裁剪 方式可 以裁 出四块折流板 ， 采用 四分之 ・３流动死 区同时也是传热死 区， （） 降低了壳程换 热系数 ； 扇形裁剪方式可以裁出两块 折流板 ． 前者材料利用率更高不 留边角 （） ４ 壳程 流体剧烈 冲刷 换热管束 ． 而窗 口区管束无 支撑跨距是 折 料 。 流板间距 的两倍 ． 易产生流体诱导振动 ． 导致换热管磨损甚 至断裂 ， 缩 ２ 相邻折流板搭接方式 ． ４ 短 了换热器寿命 相邻 非连续螺旋折流板 之间有外围点接触 的连续 搭接和直边交 １ 纵 向流支撑结构 ． ２ 叉点接触 的交错搭接两种布置方式 采用交错搭接布置可以在其他结 最有代表 性 的纵 向流换热器是 上世 纪 ７ 年代美 国 Ｐ ｉｉ 石 油 构参数不变的情况下减小螺距 。 ０ ｈｎ ｓ Ｐ 增加折流板数量。 搭接量 ｅ 的定 义为 ： 公司为解 决传统 弓形 折流板支撑结构 中换热管 与折流板的切 割破坏 ２ ０ ％ ｌ ｘｌ ０ ｅ ＝ 和流体诱导振动而开发的折流杆管壳式换热器 ． 其壳程支撑结 构为管 间排布的支撑杆组成的折流栅 。相关研究表 明， 折流杆壳程 支撑结构 式 中：为相邻折流板搭接点到壳体 内壁 的距离 。Ｄ 为壳体 内径 。 ｆ 拥有诸多优点 ： 连续搭接时可认为搭接量 ｅ ０ ＝ （ ） 先它 的轴 向流动方 式 ， 少 了壳程 流体 的滞 流 、 １首 减 回流和 死 交错搭 接后相邻折流板 间除靠 近壳体 中心 的三角区外还会形成 区． 提高了佩克莱常数 Ｐ 值 ． 了壳程 压降和污垢沉 积； ｅ 减少 个靠近壳体内壁的搭 接区 ． 两处漏流均会对壳程流动产生影响 。 （ ）折流杆后的卡 门涡街脱落效应在传热管子表 面产 生湍流 ， ２ 提 ２５ 螺 距 ． 高了壳程单位压降下的对流换热系数 ； 连续螺旋折流板一个螺旋 周期在轴 向的长度称为螺距 。 于非连 对 （） ３ 折流 杆的夹持作用 能够抑制换 热管束 的破坏 性振动 ， 使冷 换 续螺旋折流板相邻的两个相 同位 置折流板的轴向间距 称为螺距 。 每个 设备大型化成为可能 。 螺距 内所有螺旋折流板在管板 方向投影拼接为一个整圆。 一个 螺距 内 １３ 螺旋流支撑结构 ． 折 流板 的数量越多 ． 壳程流动越 接近连续螺旋流动。 一般来说， 出于加 螺旋流是介于横 向流和纵向流之间的一种壳程流体流 动形 态 ． 兼 工方面的考虑 ． 一个螺距 内为 ２ ４块折 流板 。有文献给 出了不 同形式 ＿ 有横向流和纵 向流的优点 ， 可大体概括为换热效果好 、 壳程压 降小 、 管 螺旋折流板换热器螺旋角 口与螺距 Ｂ的通用计算公式 ： 柬不易结垢以及能防止管束流体诱导振动等。 借助螺旋折流板可实现 日 （一 ）Ｄ ｓ ｔ ，ｎ ２０ ） ： １ｅ ｒ ， ｎ ａ （ Ｉ ，≤ ｔ ｉ ＞ 壳程工质的螺旋或近似螺旋流动 螺旋折流板 管壳式换热器 由前捷 克

换热器折流板各型式讨论————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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。

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。

常见传热装置构型有以下几种：
1.管式换热器：由一系列的管道组成，管内流体与管外流体通过管
壁进行热交换。

2.板式换热器：由一组平行的金属板组成，流体在板间流动，通过
板片进行热交换。

3.螺旋板式换热器：由两个相互嵌套的螺旋板组成，流体在螺旋板
之间流动，通过板壁进行热交换。

4.热管换热器：由一系列的热管组成，热管内的工质在蒸发端吸收
热量后汽化，在冷凝端释放热量后凝结，通过工质的相变进行热交换。

5.壳管式换热器：由一个圆柱形的外壳和内部的管束组成，管内流
体与壳侧流体通过管壁进行热交换。

6.空气冷却器：通过空气与流体进行热交换，通常用于冷却流体。

7.冷却塔：通过水与空气进行热交换，通常用于冷却水。