缠绕管式换热器的特点与发展
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
置 于芯筒 与 外壳 之 间 的空 间 内， 按 螺旋 线 形 状逐 层
交 替缠 绕而 成 ， 相 邻两 层换 热管 的缠绕 方 向相 反 ， 两
层换热管之间用金属垫条隔开， 形 成壳程流道 。换 热管一般采用外径为 ９ ６ ｍｍ ￣９ １ ５ ｍｍ 的细管， 可承
受 较 高压力 ， 因此 管 内一 般走 高 压 流体 。换热 管 的
图 １ 缠 绕 管 式 换 热 器 结 构
缠绕角度为 ６ 。 ～２ Ｏ 。 。垫 条 一 般 为 １ ｍｍ～ ５ ｍｍ 厚
的带 状金 属条 。
缠 绕管 式换 热器 可分 为单股 流缠绕 管式换 热器
和 多股 流 缠 绕 管 式 换 热 器 ， 如图 ２ 、 图 ３和 图 ４所
２ 缠 绕 管 式 换 热 器 的优 点 ［ ４ ］
３ 缠 绕管 式 换 热器 的缺 点 ［ ， 。 ］
图３ 多股 流 缠 绕 管 式 换 热 器
（ １ ） 换热管 易堵塞 。换 热管直 径较 小 ， 易 造成换
热管的缠绕方向相反， 极大地改变了流体流动状态，
使 壳程 流体 形成 强 烈 的湍 流 ； 由于 换 热管 管 内螺旋
热管堵塞 ， 因而对管程介质应具有较高的的洁净度 ，
介 质在进 入缠绕 管式换 热 器前需经 严格 过滤 。
流动的强化作用 ， 管程 的传热膜系数也得到提高； 另
外 还有 垫条 等部 件对 壳 程 的流 动不 断扰 动 ， 这 三个 方 面 的共 同作用 ， 使 得 缠 绕 管式 换 热 器 的传 热 性 能
已被广泛 应 用 于 煤 气 化 废 热 回 收 、 空气分离 、 氢 液 化、 稀有 气体 分 离 、 低 温 甲醇洗 、 液氮 洗等领 域 。
１ 缠绕管式换热器结构 ［ １ ］
缠绕 管 式 换热 器 的结构 如 图 １ 所示 ， 主 要 由芯
筒、 外壳 、 换 热管 、 垫条 、 封头 、 管板 等组成 ， 换热 管布
第１ 期
缠 绕管 式换热 器的特 点与发展
３ ５
图 ２ 单 股 流 缠 绕 管 式 换 热 器
图 ４ 带 有小 管 板 的多 股 流 缠 绕 管 式 换 热 器
差 较小 ， 端面换 热温差 仅 ２ ℃。
（ ５ ） 耐高压 。由于管侧 换热管 直径 较小 ， 可承受 较 高压力 ， 操作 压力 可 以达 到 ２ ２ ＭＰ ａ 。 （ ６ ） 补偿性 好 。换 热 管端 存 在 一定 长 度 的 自由
３ ４
四川化 工
第１ ９卷
２ ０ １ ６年 第 １期
缠 绕 管 式换 热 器 的特 点 与发展
周 松锐 曹 蕾 王锦生
（ 东方电气集团东方锅炉股份有限公 司， 四川成都 ， ６ １ １ ７ ３ １ ）
摘 要
缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备 ， 具有管束补偿性好 、 管内的操作压力高、 可 同时实现多股流的热交换等优点 ， 广泛应用于煤气化废热回收、 空气分离 、 氢液化 、 稀有气体分离、
才［ １ ］ 用数值模拟方法研究了缠绕管式换热器壳程几
３ ６
Baidu Nhomakorabea
四Ｊ Ｉ ｌ 化 工
第１ ９卷
２ ０ １ ６年 第 １期
何 结构 对换 热 的影 响 ， 重 点 研 究 了管 径 、 径 向 比、 缠
弯曲段 ， 换热管的热膨胀可部分 自行补偿 ， 大大减小
了换热管 和管板 之 间 因膨 胀 差产 生 的应 力 ， 可 减小 管 板 的设 计厚度 ， 同时减 少 了换 热 管与 管 板 的 焊接
接头泄漏 的可 能性 。
（ ７ ） 不易结垢 。换热管 内流体呈螺旋流动， 流道
截 面形成 二次 流 。同 时 ， 壳 程 流 体 在各 管 层 之 间形 成 湍流 ， 降低 了流体对 壁面 的附着 ， 不 易结垢 。
加热或冷却几股流体时， 采用 图 ４所示 的带有小管
板 的缠绕 管式换 热 器可 以很 容 易地实 现多 股流 的热
交换 。
管、 翅片管等 ； 二是换热管缠绕方式 的改变 ， 如套管 式绕管、 并管式绕管等。
（ ３ ） 换热系数高 。缠绕管式换热器相邻两层换
基金项 目： 四川省科技厅青年基金项 日（ Ｎｏ ． ２ ｏ １ ３ Ｊ Ｑ Ｏ Ｏ ４ ７ ）
（ ２ ） 结构复 杂 ， 制造 、 检修 难度 大 ， 价 格 昂贵 。 （ ３ ） 清洗 困难 。缠 绕管 式 换 热 器 的结 构 特 点使
得管程和壳程的清洗都 比较 困难 ， 通常只能用化学
方 法清洗 。
得 以显著提升。对于一般结构 的气一 气换热设备， 其 传热 系数值 约 为 ７ ５ Ｗ／ （ ｍ 。・ Ｋ） ～３ ６ ５ Ｗ／ （ ｍｚ・ Ｋ） ， 但对于缠绕管式换热器 ， 某些特定条件下， 总传
热 系数 可 以达到 ５ ０ ０ Ｗ／ （ ｍ ・ Ｋ） 以上 ［ 。
４ 缠绕管式换 热器在 国内的发展
近年来 ， 随着 国内煤 化工 行业 的飞速 发展 ， 国内 也开展 了大 量 缠 绕 管 式 换 热 器 的 研 究 ， 例如 ： 贾 金
（ ４ ） 传热温差 小， 换热效率高。流体在管 、 壳侧 流动接近逆流流动换热 ， 达到所需换热量的传热温
（ １ ） 结构 紧凑 ， 在单位 容积 内具有 较 多的换 热面
示ｒ ２ ］ ， 其 中图 ４ 中的多股流缠绕管式换热器带有若
干 小 管板 。 缠绕 管式 换热 器 的结构 发展 主要体 现在两 个方 面 。一 是 换 热 管 的 表 面形 态 的 改 变 ， 如光管、 螺 纹
积， 占地面 积小 ， 易实现 大型化 。 （ ２ ） 可 以实 现 多种 介 质 同 时传 热 。当需 要 同时
低 温 甲醇洗 、 液 氮洗等 领域 。本 文着重 介绍 了缠绕 管式 换 热器 的结 构 、 优点、 缺 点 以及 国 内的发 展
情况 。 关键 词 ： 缠绕 管式 换热 器 缠 绕管 低 温 甲醇洗 煤化 工
缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设 备， 其结构形式不同于传统的管壳式换热器 ， 近年来
交 替缠 绕而 成 ， 相 邻两 层换 热管 的缠绕 方 向相 反 ， 两
层换热管之间用金属垫条隔开， 形 成壳程流道 。换 热管一般采用外径为 ９ ６ ｍｍ ￣９ １ ５ ｍｍ 的细管， 可承
受 较 高压力 ， 因此 管 内一 般走 高 压 流体 。换热 管 的
图 １ 缠 绕 管 式 换 热 器 结 构
缠绕角度为 ６ 。 ～２ Ｏ 。 。垫 条 一 般 为 １ ｍｍ～ ５ ｍｍ 厚
的带 状金 属条 。
缠 绕管 式换 热器 可分 为单股 流缠绕 管式换 热器
和 多股 流 缠 绕 管 式 换 热 器 ， 如图 ２ 、 图 ３和 图 ４所
２ 缠 绕 管 式 换 热 器 的优 点 ［ ４ ］
３ 缠 绕管 式 换 热器 的缺 点 ［ ， 。 ］
图３ 多股 流 缠 绕 管 式 换 热 器
（ １ ） 换热管 易堵塞 。换 热管直 径较 小 ， 易 造成换
热管的缠绕方向相反， 极大地改变了流体流动状态，
使 壳程 流体 形成 强 烈 的湍 流 ； 由于 换 热管 管 内螺旋
热管堵塞 ， 因而对管程介质应具有较高的的洁净度 ，
介 质在进 入缠绕 管式换 热 器前需经 严格 过滤 。
流动的强化作用 ， 管程 的传热膜系数也得到提高； 另
外 还有 垫条 等部 件对 壳 程 的流 动不 断扰 动 ， 这 三个 方 面 的共 同作用 ， 使 得 缠 绕 管式 换 热 器 的传 热 性 能
已被广泛 应 用 于 煤 气 化 废 热 回 收 、 空气分离 、 氢 液 化、 稀有 气体 分 离 、 低 温 甲醇洗 、 液氮 洗等领 域 。
１ 缠绕管式换热器结构 ［ １ ］
缠绕 管 式 换热 器 的结构 如 图 １ 所示 ， 主 要 由芯
筒、 外壳 、 换 热管 、 垫条 、 封头 、 管板 等组成 ， 换热 管布
第１ 期
缠 绕管 式换热 器的特 点与发展
３ ５
图 ２ 单 股 流 缠 绕 管 式 换 热 器
图 ４ 带 有小 管 板 的多 股 流 缠 绕 管 式 换 热 器
差 较小 ， 端面换 热温差 仅 ２ ℃。
（ ５ ） 耐高压 。由于管侧 换热管 直径 较小 ， 可承受 较 高压力 ， 操作 压力 可 以达 到 ２ ２ ＭＰ ａ 。 （ ６ ） 补偿性 好 。换 热 管端 存 在 一定 长 度 的 自由
３ ４
四川化 工
第１ ９卷
２ ０ １ ６年 第 １期
缠 绕 管 式换 热 器 的特 点 与发展
周 松锐 曹 蕾 王锦生
（ 东方电气集团东方锅炉股份有限公 司， 四川成都 ， ６ １ １ ７ ３ １ ）
摘 要
缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备 ， 具有管束补偿性好 、 管内的操作压力高、 可 同时实现多股流的热交换等优点 ， 广泛应用于煤气化废热回收、 空气分离 、 氢液化 、 稀有气体分离、
才［ １ ］ 用数值模拟方法研究了缠绕管式换热器壳程几
３ ６
Baidu Nhomakorabea
四Ｊ Ｉ ｌ 化 工
第１ ９卷
２ ０ １ ６年 第 １期
何 结构 对换 热 的影 响 ， 重 点 研 究 了管 径 、 径 向 比、 缠
弯曲段 ， 换热管的热膨胀可部分 自行补偿 ， 大大减小
了换热管 和管板 之 间 因膨 胀 差产 生 的应 力 ， 可 减小 管 板 的设 计厚度 ， 同时减 少 了换 热 管与 管 板 的 焊接
接头泄漏 的可 能性 。
（ ７ ） 不易结垢 。换热管 内流体呈螺旋流动， 流道
截 面形成 二次 流 。同 时 ， 壳 程 流 体 在各 管 层 之 间形 成 湍流 ， 降低 了流体对 壁面 的附着 ， 不 易结垢 。
加热或冷却几股流体时， 采用 图 ４所示 的带有小管
板 的缠绕 管式换 热 器可 以很 容 易地实 现多 股流 的热
交换 。
管、 翅片管等 ； 二是换热管缠绕方式 的改变 ， 如套管 式绕管、 并管式绕管等。
（ ３ ） 换热系数高 。缠绕管式换热器相邻两层换
基金项 目： 四川省科技厅青年基金项 日（ Ｎｏ ． ２ ｏ １ ３ Ｊ Ｑ Ｏ Ｏ ４ ７ ）
（ ２ ） 结构复 杂 ， 制造 、 检修 难度 大 ， 价 格 昂贵 。 （ ３ ） 清洗 困难 。缠 绕管 式 换 热 器 的结 构 特 点使
得管程和壳程的清洗都 比较 困难 ， 通常只能用化学
方 法清洗 。
得 以显著提升。对于一般结构 的气一 气换热设备， 其 传热 系数值 约 为 ７ ５ Ｗ／ （ ｍ 。・ Ｋ） ～３ ６ ５ Ｗ／ （ ｍｚ・ Ｋ） ， 但对于缠绕管式换热器 ， 某些特定条件下， 总传
热 系数 可 以达到 ５ ０ ０ Ｗ／ （ ｍ ・ Ｋ） 以上 ［ 。
４ 缠绕管式换 热器在 国内的发展
近年来 ， 随着 国内煤 化工 行业 的飞速 发展 ， 国内 也开展 了大 量 缠 绕 管 式 换 热 器 的 研 究 ， 例如 ： 贾 金
（ ４ ） 传热温差 小， 换热效率高。流体在管 、 壳侧 流动接近逆流流动换热 ， 达到所需换热量的传热温
（ １ ） 结构 紧凑 ， 在单位 容积 内具有 较 多的换 热面
示ｒ ２ ］ ， 其 中图 ４ 中的多股流缠绕管式换热器带有若
干 小 管板 。 缠绕 管式 换热 器 的结构 发展 主要体 现在两 个方 面 。一 是 换 热 管 的 表 面形 态 的 改 变 ， 如光管、 螺 纹
积， 占地面 积小 ， 易实现 大型化 。 （ ２ ） 可 以实 现 多种 介 质 同 时传 热 。当需 要 同时
低 温 甲醇洗 、 液 氮洗等 领域 。本 文着重 介绍 了缠绕 管式 换 热器 的结 构 、 优点、 缺 点 以及 国 内的发 展
情况 。 关键 词 ： 缠绕 管式 换热 器 缠 绕管 低 温 甲醇洗 煤化 工
缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设 备， 其结构形式不同于传统的管壳式换热器 ， 近年来