折流杆换热器的设计制作

折流杆换热器的设计制作

摘要：折流杆换热器是一种高效能换热器，与传统的折流板换热器相比，传热效率高、壳程压降低和防振效果好，清洗维护周期长，使用寿命长，具有良好经济效益，正在被逐步推广应用，市场应用前景广阔。但它的强化传热作用有一定的限制范围，最佳强化效果是气与水之间的换热。本文就折流杆换热器的设计、制作工艺进行简述，旨在能更好开发和应用折流杆换热器。

关键词：折流杆换热器，设计，基本结构，强化传热，制造工艺

Abstract: the baffle stem heat exchanger is a kind of high efficient can heat exchanger, and traditional baffle plate heat exchanger, compared to heat transfer efficiency, process pressure reduction and shell anti-vibration effect is good, cleaning maintenance cycle is long, long service life, has the good economic benefit, is being gradually the promoted application, the market broad prospect of application. But its heat transfer enhancement effect to have certain restriction limits, best the strengthening effect is gas and water of heat transfer between. This paper baffle stem heat exchanger design, production process this, to better development and application baffle stem heat exchanger.

Keywords: baffle stem heat exchanger, design, basic structure, strengthen the heat transfer, manufacturing process

1 前言

我厂承接河池化工股份公司脱硫系统技术改造工程中的折流杆碱洗气水冷器设计、制作，该设备壳程设计压力2.1Mpa，设计温度100℃，介质为碱洗气；管程设计压力0.41Mpa，设计温度50℃，介质为水。折流杆换热器在国内的应用较少，由于其换热过程极其复杂多变，目前设计无任何标准、规范可遵循，也没有可供设计使用的计算公式和图表。我厂的设计是遵循对于不能用标准来确定结构尺寸的受压元件，按GB150《钢制压力容器》规定中的“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”。参照用户原使用的旧设备，在设备使用成熟的结构基础上，通过查阅国内外有关设计制作资料，弄清了其强化传热原理，参照设计制作的，并进行了改进，换热管采用不锈钢螺旋槽管，换热效果更好。该设备已经在实际应用中得到了证实，性能指标达到使用要求，传热效果明显，运行状况良好，安全可靠。现就该设备设计、制作进行总结。设备结构如下图：

折流杆换热器结构简图

2 折流杆换热器的设计

2.1 折流杆换热器的基本结构

折流杆换热器实际上也是一种管壳式换热器，它的结构与普通管壳式换热器类同，只不过将折流板改为折流杆，因而取名折流杆换热器。折流杆换热器中的折流组合元件称作“折流栅”，折流栅由折流杆和圆环组成。一般折流杆都采用圆钢制作，折流圆环采用板式，环上开定位杆预留孔，其结构如右下图。折流杆换热器管束的固定是采用交错折流杆来实现的，靠相邻两个折流栅的折流杆相互垂直，保持一定的间距来保证换热管的牢固稳定，并起到主要的“管外”强化传热作用。普通管壳式换热器则采用折流板来固定管束和改善流体运动状态，从而达到强化传热的目的。

2.2折流杆换热器的强化传热及防振原理

折流杆换热器与普通的管壳式换热器相比，有较好的传热性能。通过壳程中相邻折流栅上的折流杆彼此交错的方式来固定管束和改善介质的流动状态，当流体介质通过折流杆和折流栅上圆环处，将会分别发生涡流流动和文丘里效应，使壳程流体介质获得良好的紊流状态，并能沿列管束延伸方向流动(即沿着管束平行流动)，壳程压降明显降低，实验数据表明，在同样换热负荷下，壳程降压可达到折流板式换热器的40％～60％。而且换热管内外介质分别沿管的轴向互相逆流，因而获得良好的传热性能。普通管壳式换热器采用折流板固定管束，其介质流动情况分主流区、顺流区及涡流区，流体在涡流区原地旋转或静止不动，称“传热死区”，在该区设备换热能力的25～30%没有得到充分发挥。折流杆换热器基本消除了普通管壳式换热器通常存在的“传热死区”，因而设备换热面积可提高25～30%，总传热效率约为折流板式换热器的2倍。

折流杆换热器由于交错折流杆对管束的牢固稳定作用，壳程允许有较高流速的介质流动，流速提高，就可改善壳程中经常出现的油污附着列管外表面和杂质沉积等对传热不利的现象，结垢率低，清洗维护周期可延长。壳程介质的流速是一个关键参数，流速过低，强化传热效果明显下降。本设备的使用工况，壳程介质为气体，流速为5～20（m/s），管程介质为水，流速为0.5～3（m/s），其壳程、管程的流速控制在一定范围内，传热效果较好。

普通管壳式换热器采用折流板固定管束，这种结构的管束，易发生振动破坏。据试验，这种破坏主要是折流板跨距过大和流体流速过高引起的，其振幅是折流杆换热器的十倍。折流板换热器为了减轻振动破坏，若采取减小折流板跨距，就会增加折流板块数，从而增加壳程阻力，增加能耗，增大传热死区，有效传热面积即减少。折流杆换热器管束固定是采用折流杆的横竖交错布置使每根换热管都被4根折流杆圆钢在上下左右4个方向夹持着，这样的方式能较好地减轻诱导振动，保证管束的牢固稳定；减少管束、管壁磨损和管子与管板联接处的应力及疲劳损坏，延长设备的正常使用寿命。

2.3 换热面积的确定