_多效蒸发器换热管的换热性能和机械强度分析

> >
10 10
加热 糖汁 蒸汽 的对 流传热 系 数
m m
“
·
、 5 0 0 0 ~ 15 0 0 0 久=
r
焊 接管
6一 7
K )
·
,
管 内 的糖 汁 按 强 制 湍 流 流 动 此时
。 。
6 400
,
K )
,
主 要 是 提 高管 内 的传热 系 数 来 提 高
。
2
不 同材 料 换 热 管 的 换 热 性 能分 析
。
,
一 个 次要 的 地 位 不 锈 钢 的导 热 系 数 低
,
但 有较 高
,
的 强 度 和 抗 腐 蚀性 能 以 及 光滑 的表 面 不 易 结 垢 或 几 种 换热 管材料 的性 能 见 表
1
,
使用 寿 命 和相
, ,
杂 质 不 易 沉 积 在 钢 表 面 而 具 有 明显 的 优 势 尤 其 是
,
导换 热
。
常 用 的 管式 蒸发 器 一 般采 用 蒸 汽 走 管外
。
,
被 蒸 发 的 溶 液 走 管 内的 加 热 方式 描 述 多 效蒸 发 器 传 热 过 程 的基 本 方 程为
口峨 变 的情 况 下
数尺
。
·
中杂 质 沉 淀 形成 的 其 过程 和 成 分 相 当复 杂
。
,
,
,
是构
成 热 阻 的 主 要 部 分 一 般 管 内 热 阻凡 的 影 响远 大 于
、
食 品 工 业 常 见 的基 本
,
操 作单 元
。
蒸发操 作 是
。
一 个 高 能耗 过 程
多 效蒸 发
制药等 领
,
系 统 的节能 技术 开 发
〔 ] 域 的 主 要 项 目 l,2
直 是 化工
。
、
轻工
、
度 体
、
介质
、
材料 的 耐腐蚀 性
。 。
、
传热 性 能 和 供 货 情 况
对 于 大 规模 工 业 生 产
几 十倍 以上
传 热系 数 K 的 计 算式 为
表 (2) 流体 蒸汽 糖汁
3
结 垢热阻 经 验 数据
,
·
洽
斋 砰并 码
,
、
/m 结垢 热 阻凡 (
0 O52
0 刀g
x
.
K
·
W )
劣质
= 只
一
1
备注 优质
、
x
lo
一
一 3
不 含油
lo
一气
3
、
不含油
,
影响 加热 器传热 系数 的 因 素有 多 个 主 要 有 结 垢厚度
多效 蒸 发器 的换 热 方式 主要是 对 流 换 热和热 传
总 传热 系 数
但 管 壁表面 的结 垢 会 使总传 热 系数尺 急剧 下降
。
这 里 以制 糖 厂 糖 汁 的 多效 蒸 发 器 为 例 来说 明 结 垢的 影 响 这 种蒸 发器 换热 管外 壁 的 结 垢 是 蒸 汽 夹 带 的
油积或 糖 汁 粘 附管 壁 上 形 成 的 内壁 的结 垢 是 糖 汁
为减 少
、
等选用的
,
多 效蒸 发 器 处 理 的 介 质 通 常 是 酸 性 液
能耗 高
、
,
常 采 用 多 效管 式 蒸 发器
,
、
蒸 发器 的换 热 元 件 强度
。
如 制 糖 厂蒸 发 的 糖汁
,
这 些 介质具 有 很 强 的 腐
,
是 换热 管 对 换 热 管 的 基 本 要 求 是 价格 合 理
蚀性
d En e 飞y C
n o
se
t io r a v
n is 仰 o f E d u c a t io Mi
So
u
t C h in h
a
U
l n v
e r s
iy t
o
f
T h e n
A b s tr
e
lo
, gy
n u a
e h
f
f
,
gh Z
5 10 6 4 0
Ch
in a
)
e a n
.
a
t c
:
( 1/ ℃
)
.
x
10
6
M Pa
2 10
时M
Pa
45 39 0 1 17
16 3
11 92 17 2
.
4 60
3 14
2 10 l 37.ຫໍສະໝຸດ .xl05
T Z
H 6 2 H 68
,
x
lo
,
20 3
16 6
11 0 2 06
36 0 53 9
。
0 9 3火 10,
.
I G l 8 N i g iT
r
2 06
A △森
、
·
。
( 1)
管 外 的热 阻 凡 数 只有
.
。
,
如表
,
3
·
所示
,
。
结 垢 的 平 均 导热 系
上 式 表 明 在结 构 尺 寸 工 艺 条件 和 其 他 因 素 不
,
0
3 9
一
。
1 2 W /m
.
K
与 黄 铜和 碳 素 钢 比 相 差
影 响传热 速 率 Q 的 主 要 因 素 是 传 热 系
。
黄 铜管
关键 词
碳钢 管
。
:
多效 蒸 发 器 ; 换 热 管 ; 材 料 ; 换 热 性 能
:
中 图分 类号
TK
2 ; 1 4
a
TH
2 33 1
a n
文 献标识 码
:
A
A
n a
ly sis
o n
he
t
e x c
h
g in g P e r f o
r
m
a n e e a n
d tu b
r
e
Pl a t e
a P
o ra t
r o
e ria hea t tU b e m a t l
Pe r f o
器 更 换 换热 管进 行 技 术 改造 提 供 理 论 设 计 依 据
。
引
言
1
、
多 效蒸 发 是 轻 工
化工
一
、
不 同 材料 换 热 管 的 经 济 性 对 比 分 析
多效 蒸 发器 换 热 管 的 材料 是 根 据 操作 压 力 温
h T
o n
e o
t a
e x ch
n a
h
gi n g P er f o
o
r 姗 m
f
d t U b e Pl a t
The e r
s
e s
s
℃n 位
s
r e t a g h
e
n ay a l
eh a n
z e
d f o
r
h t
e
u m
t e a
se
li t
一
e
e f
e
t
v e a P
be
o r
t o a r
x
l0
,
5
表
材料
20 T2
2
换 热 管 材料 的使 用 寿 命 和 相 对 价格
使 用 寿命 / 年
小 0 3 巧
ó
关参 数进 行 分 析 数K 数
10
。
对流 传 热 系 数 ia
。
a
。
的 影 响 由介
质 和 工 艺 条 件确 定 计 算 分 析 表 明要 提 高 总传热 系
,
供货情 况 易购 紧张 紧张 易购
,
黄
管和 不 锈 钢 管材 料 尤其 是 价 格相 对便 宜 的 不 锈钢
焊接 管 可 以 从使 用 年 限
,
铜 的 导 热 系数 较 高
耐腐 蚀
、
因 而 不 易结垢
, ,
。
碳素
维修
节 能 和 生 产 效益
。
钢 管 虽 然 有较 高 的导 热 系 数 和 机械 强 度 热 膨 胀 系
上得 到补 偿 所 以 多效蒸 发 器 的换 热 管用 不 锈 钢 和
不锈 钢 焊 接 管的 较 低 价 格
3
,
。
对 价 格见 表
磨损
,
Z
t ,浏
。
从表 可 知
,
,
紫铜 的 导 热 系 数 高
。
不 锈钢 的 导热 系数 低
但 紫 铜 的 刚 性 和强 度 差
,
易
种 材 料 的 价格 虽 然 不 同
,
、
,
但 价格 较 高 的 黄 铜
、
价格 较 高
,
故 一 般 不 用 而 多选 用 黄铜 管
虑 结 垢 的情 况 下 才 明显 表 现 出 来 当 有 结垢 时
,
。
始数据 见 表
,
。
T
一
加热 器 每 管程 2 4 根换
In n l
。
。
,
但材 料 自身 导 热 系 数 对 总 传热 系数 K 的 影 响 在 不 考
,
壳体 内径 刀 产 1 4 0
钢 管 对 其 换 热性 能 和 机 械 强 度进 行分 析
收稿 日 期 作 者简介
:
, ,
化 作 业 不 间 断 生产
。
换 热 管 的 腐 蚀 为 主 要 失效 因
,
换 热 管 的 腐蚀 泄漏
会 造 成 停 工 检修
,
直接 影
为蒸 发
响 工 厂 的 经 济效 益 早期 蒸 发 器 换 热 管所 选用碳 素
,
不 变 的条件 下
用 不 锈钢 和黄 铜 换 热 管 替 换碳 钢换 热管 后 多效蒸发器 换 热性能和 机械 强度仍 能 满足设计 要 不 锈 钢 和 黄铜 换热 管 的抗 结垢 性 能 优 于 碳钢
求
口
换热 管 的结 垢对 换热性能 影 响较大
、
碳 钢 管 更 换 为 不锈
、 、
钢 和 黄 铜 换 热 管 后 换 热 性 能 会有所 改 善 综 合考 虑 换热管选 材 的优先顺 序 是 不 锈 钢 焊接 管 无缝 不 锈 钢 管
数 也 较小
,
但 耐 腐蚀
抗 结垢 性 能差
表
易 在 管 壁上
1
黄铜 管替 代碳 素钢 管从 经 济性 角度 看是 合 适 的
换 热管 材料 的机械 性 能 和物 理 性 能
热 膨 胀系 数
屈 服强 度
少之
材料
20
导热系数
·
抗拉 强 度
弹性 模 量
E /M P a
.
只/ ( W m
一 2
·
K
一
,
)
a
o n
t h
P
s e
e e o n
d ii t
比 a 吃 In
he t a
c a r
g m a t e r ia l
e h
t a
t be u
io n
lt u
e e
how h t a t
gi n g tu b e m
o
r i
le
a
l is w
o rk a
b 1e
a
n a
r
d h t
a
e
n r m o f r a
s
te r n
g t h
o
f m
u
t l i
一
e
e f
e
t
ev a
P0
,
r a
to
W EIa Y
(e Ky
Lab
o
o
o
·
do n g
,
W EIQi ye
一
HA N G u a n g
n
,
一
ze
,
HUA B e n
n
,
f E n ha n
G
e e
d He t a T r
o u
a ll s
,
e f
r
n a
a in
e e s o
e x e
n a
l
g
.
in
g
n a
d
e o n℃s
r e
sist
n a
t
l
e s s
,
b
ra s s
bo n
s
te e
娥 iP mv r o
n r a m
c e
d
T 七e
川
er
o
f
t in c g
t u
m e t i l 15
Ke y
w
o
r d
,:
m
u
lt i
一
e
e f
e t ev
易购
相 对价 格
当 两 个 传 热 系 数 相 差 较 大 时提 高较 小侧 的 传
,
热 系 数 若相 差 不 大 则 必 须 同 时提 高 两 侧 的 传 热 系 如 制 糖厂 糖 汁 的 多 效 蒸 发 器 或 加热 器
a
o ,
H6 2 H 6 8
IC
OC
r
,
管外 的
(W/
(W/
l 8N i g i T l 8N ig
:
多 效蒸发 器 换热管 的 换热 性 能和 机械强度 分 析
,
处理 量 和汁 热管
T
一
t
甘 蔗亚 硫 酸法 糖 厂 中温 差 较 大 的 中
加热 器 为例 进 行 换热 性 能 分析 原
。
受 材 料 的 传 热 系数 影 响 的
,
黄铜
H
2 的 导 热 系数 6
。
较 大 同 样 的热 负荷 条件 下 所需 的 换 热 面 积最 小
下降
。
,
和 不 锈 钢 管 所更 换 但 这 种 换热 管 更 换 的 技术 改造 不 仅 需 要 进 行 经 济性 对 比 还 需要 进 行 换 热 性 能 和
,
,
由于 结 垢 的 形 成
。
,
使 钢 本 身的 导热性 能 处于
,
机 械 强度 方面 的 分析 才 能保证 换 管 后 满 足技 术要
求
、
厂 x 占 只 10
= 0 2一 l s m m 占
,
管 材性 质
换热 介质 的物 性 和 温 差 等
,
。
要
住
8一
1 8 W j
,
z
n
Z
·
K
强化 传 热 效 果 提 高传 热 系 数 犬 值
应 对 上 式 中 的相
为 说 明 不 同 换 热 管 对 换 热 性 能 的 影响 以 某 日
第
期
魏耀 东 等
并 且 易 于 在 管壁 上 结垢