換熱器設計中的新技術應用
                                          齊春景
                     (大慶石化公司機械廠,黑龍江大慶163711)
    摘要:文中闡述了在換熱器的設計實踐中,采用膠圈密封,加強換熱管和管板之間的密封;利用套管加強波紋管與折流板的連接,采用螺旋流來消除死區等新技術在換熱器中的應用。
    關鍵詞:膠圈;密封;波紋管;螺旋
    中圖分類號:TK17文獻標識碼:B文章編號:1671-4962(2008)01-0037-02
    在管殼式換熱器的設計實踐中,新技術得到很好的應用,尤其在操作條件比較苛刻的情況下,這些新技術能夠滿足使用要求。換熱管和管板之間一般采用強度脹或者強度焊的連接形式,如果由于制造原因,強度脹或者強度焊的連接不可靠,在連接處就會出現泄漏,采用膠圈密封換熱管和管板的連接可以有效防止這類問題的發生;管束振動是影響一些高效換熱器推廣的主要障礙,采用折流桿解決管束振動,制造上很不方便;采用普通折流板。
    在波紋管上加短套管,使波紋管和折流板緊密連接,可以有效減小振動;管殼式換熱器的折流板,在殼程容易產生死區,采用螺旋流可以有效地消除死區。
    1·密封膠圈的應用
    密封膠圈一般要求有一定回彈性,也就是利用它的回彈性來實現密封。
    1.1密封膠圈的材料
    密封膠圈采用耐油橡膠就可以滿足使用要求,在溫度和壓力特別高的條件下,可以采用紫銅圈或者退火08鋼代替橡膠圈,實踐證明[1],在10 MPa和300℃條件下,耐油橡膠可以在貼脹條件下,密封良好。
    1.2膠圈密封的結構
    膠圈密封下,換熱管和管板連接見圖1。
              
    密封膠圈鑲嵌在脹帶槽內,密封膠圈內徑與換熱管過盈配合,外徑與脹帶槽有少許間隙。
    2·加強套管的應用
    加強套管就是在波紋管上,與折流板連接處,加1個短管,利用這個短管,使波紋管與折流板聯系在一起,中間不留間隙。
    2.1管束振動的判據
    殼程是氣體或者液體,滿足下列條件之一,就有可能發生管束振動[2]。
    (1)卡門旋渦頻率fV與換熱管最低固有頻率fn之比大于0.5;(2)紊流抖振主頻率ft與換熱管最低固有頻率fn之比大于0.5;(3)橫流速度V大于臨界橫流速度Vc。
    2.2加強套管的作用
    加強套管使波紋管與折流板連接緊密,有效提高了與換熱管最低固有頻率fn,同時,也提高了臨界橫流速度Vc,因而,理論上,加強套管減小管束震動的發生概率。
    2.3加強套管的結構
    加強套管的結構見圖2,要求換熱管與套管、套管與折流板之間聯系緊密。
             
    3·螺旋流的應用
    分析流體螺旋流動,首先了解螺旋線,也就是流體中某一微小單元的流動軌跡。
    圓柱面上的動點M繞中心軸z以角速度ω回轉,同時,沿z軸方向以速度V移動,其動點M的軌跡就是螺旋線。
    3.1圓柱螺旋線的數學表達式
    圓柱螺旋線的立體圖和展開方法見圖3。
              
    3.2流體流動簡化
    流體內任意一點物質的流動軌跡,可以簡化為螺旋線。于是,在理想狀態下,管道內流體的流動可以看作螺旋線的集合,研究螺旋流體的流動,推導出操作所需要的壓強,流速等關系式。
    3.3螺旋流的應用
    管殼式換熱器的殼程,流體的螺旋流動主要通過螺旋折流板來實現,美國ABB工程公司在螺旋流換熱器的設計上,開發了自主知識產權的軟件,用來計算螺旋折流板換熱器的工藝參數。
    4·結束語
    介紹了管殼式換熱器設計中的一些新技術應用,通過一階段的使用跟蹤報告,能夠滿足使用要求,這些新技術還有一定的局限性,不能滿足所有工況下換熱器的設計要求,需要進一步研究完善。
    參考文獻:
    [1]國家技術監督局.GB151-1998管殼式換熱器[S].北京:中國標準出版社,1999:26.
    [2]張作為,姜曉莉.螺旋在石油化工中的應用[J].化工設備與管道,2007,8:36.
    作者簡介:齊春景,女,工程師,1998年畢業于燕山大學機電一體化專業,現從事壓力容器設計工作。