联系人：陈经理
电话：0311－89285493
传真：0311－89285493
手机：15369173235
Q Q：2219621880
公司地址：河北省石家庄市高新开发区
邮编：050000
网址：http://www.huanreqichang.com
邮箱：huanreqichang@126.com

螺旋折流板换热器工艺计算优化

时间：2015-07-21 作者：huanreqichang 点击数：

    螺旋折流板换热器是20世纪90年代由ABB集团开发出的系列产品，在实际应用中取得了良好的效果。螺旋折流板换热器壳程具有强化传热和压力降低的特点，尤其适合高黏度、易结垢、传热和压力降受壳程控制的体系，因此在炼油、石油化工、化学工业、能源、食品加工和制药等领域得到广泛应用。目前，可用于螺旋折流板换热器工艺计算的商业软件很少，其中HTRI软件中虽包含螺旋折流板换热器的计算程序，但其计算结果过于保守，这就增加了此类换热器设计和校核工作的难度。为了解决螺旋折流板换热器的工艺计算问题，充分利用HTRI软件中强大的物性分析、振动分析和优化设计等功能，开发了HelixTool程序用于螺旋折流板换热器壳程传热系数和压力降的计算，辅助HTRI软件进行该类换热器的设计和核算，其计算结果与Lummus(ABB集团鲁姆斯传热公司)设计值吻合良好。

    1结构及特点螺旋折流板换热器是通过布置折流板与管束形成一定夹角，引导壳侧流体呈连续螺旋状流动。该换热器可分为连续型和搭接型。由于连续型的螺旋曲面加工困难，而且很难实现换热管与折流板的配合，因此采用一系列的扇形平面板相互连接，形成搭接型。目前，4块折流板相互搭接形成1个螺距的设计应用较为广泛(见图1)。

    在壳程进口处，为保证介质流速均匀，螺旋折流板换热器管束一般采用防冲杆结构，防冲杆直径为+16mm的钢棒，分2层布置(见图2)。

    壳程进、出口轴线上方或下方应布置折流板，有利于流体尽快呈螺旋状流动。每块折流板应至少布置3根拉杆，以保证折流板的稳定。同时，拉杆直径和数量应满足GB151—1999《管壳式换热器》的相关规定。单弓形折流板换热器中，壳程流体以z字形流动，流体流经每一块折流板后都会产生返混，且滞留区内流体返混情况更加严重，从而影响了传热效果。而在螺旋折流板换热器中，壳程流体以螺旋状流过，其流动只有少量返混，死区几乎没有，更接近柱塞流，同时由于受到离心力作用，流体流过换热管后形成脱离管壁的尾流，使边界层得到充分分离，因此其换热效果较好。螺旋折流板与弓形折流板相比，主要具有以下优点：

    ①强化壳程传热；

    ②降低壳程压力降和结垢；

    ③提高处理能力；

    ④延长运行时间或设备寿命；

    ⑤降低振动风险和维修成本。2计算方法有关螺旋折流板换热器计算方法目前应用最广泛的是Stehlik在Bel1．Delaware方法的基础上提出的经验算法，其中壳程传热系数采用努塞尔特方程见式(1)，壳程压力降方程见式(2)。

    利用计算流体力学(CFD)对壳侧流体在螺旋折流板间的流动状态进行分析，建立许多新的压力降计算模型。M．R．JafariNasr等根据CFD软件的模拟结果，建立了与传热系数相关的压力降模型。HTRI软件公司发现Stehlik压力降模型中的湍流强化校正系数在雷诺数100～5000没有很好的定义，因此也进行了CFD的模拟计算，并在Stehlik压力降模型的基础上进行了改进，进而提出了新的压力降模型，但其适用范围仅限于螺旋角在l0。-45.HTRI6．0软件及以上版本采用了该模型的计算方法，但计算结果与Lummus设计值偏差较大。为了得到更为准确的螺旋折流板换热器工艺计算结果，开发了HelixTool计算程序。该程序依然采用Stehlik提出的经验算法，但对湍流强化校正系数进行了修正，修正后计算结果得到明显改善。HelixTool程序以HTRI软件为基础，从中导人定性温度下的密度、热熔及动力黏度等参数，并在输入壳程主要设计参数后快速计算出传热系数、压力降和搭接位置。之后，再将得到的传热系数和压力降输入到HTRI软件中，进而对螺旋折流板换热器进行优化设计。

    3工艺计算结果对比由于螺旋折流板换热器壳程传热系数的设计值很难得到，而HTRI软件计算管程传热系数是准确的，所以可以通过比较换热器的设计余量间接评价HelixTool程序计算壳程传热系数的准确性。在工艺条件和换热器型号均相同的情况下，分别采用HTRI6．0软件和HelixTool辅助HTRI6．0软件对大量的螺旋折流板换热器进行了核算。

    表1为采用HelixTool程序计算换热器E1的结果，其壳侧物性从HTRI6．0软件中导入。输入壳侧主要结构参数后即可得到传热系数、压力降和搭接位置等参数。之后，将传热系数、压力降、螺旋角、折流板间距等结构参数输入到HTRI6．0软件中进行计算，从而得到换热器的设计余量。换热器E1的设计余量为6．5％。3种工艺计算结果对比见表2。

    从表2可以看出，当HTRI软件的设计余量还是负值时，螺旋折流板换热器的设计值已为正值，且部分换热器的Lummus设计余量还很大；HTRI软件计算出来的壳程压力降比Lummus设计值小很多，有的甚至只有1／3左右。如果采用HTRI软件的结果进行换热器设计，必然造成换热器的选型偏大，而较小的压力降可能会导致系统中其他设备的选型不准确，例如可能会使泵扬程的计算值偏小等。采用HelixTool辅助HTRI软件计算出来的结果与Lummus设计值非常接近且偏保守。因此，可以使用该方法设计和校核螺旋折流板换热器，其计算结果可靠，满足工程设计要求。

    4结语HelixTool辅助HTRI软件计算螺旋折流板换热器的方法适合壳程物理性质随温度变化不大的单相流体。经与Lummus设计值对比，其计算结果吻合良好，因此可采用该方法对螺旋折流板换热器进行设计与校核。同时，还可利用HTRI软件自身优点对换热器进行优化设计。

　　本文源自http://www.huanreqichang.com/hyzs/336.html，转载请注明出处。

(责任编辑：换热器http://www.huanreqichang.com/)

上一篇：冷却循环水处理试验研究
下一篇：大型高效换热设备为节能助力