螺旋折流板换热器基本原理及折流板形式
螺旋折流板换热器的提出基于这样一种思想:通过改变壳侧折流板的布置 ,使壳侧流体呈连续的螺旋状流动.因此 ,理想的折流板布置应该为连续的螺旋曲面.但是 ,螺旋曲面加工困难 ,而且换热管与折流板的配合也较难实现.考虑到加工上的方便 ,采用一系列的扇形平面板(称之为螺旋折流板)替代曲面相间连接 ,在壳侧形成近似螺旋面 ,使壳侧流体产生近似连续螺旋状流动.一般来说 ,出于加工方面的考虑 ,一个螺距取 2～4 块折流板 ,相邻折流板之间有连续搭接和交错搭接两方式 ,按流道又可分为单螺旋和双螺旋两种结构.
螺旋折流板换热器
传统换热器中最普遍应用的是弓形折流板，由于存在阻流与压降大、有流动滞死区、易结垢、传热的平均温差小、振动条件下易失效等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难，目前所采用的折流板，一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成近似的螺旋面。在折流时，流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板，在相同工况下，这样的折流板（被称为非连续型螺旋折流板）可减少压降45%左右，而总传热系数可提高20%～30%，在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。
管壳式换热器由于具有、清洗方便等优点而在石油、化工、炼油、核能利用等领域占据着重要地位 . 由于壳侧流体流动方向改变频繁 ,且存在漏流等现象 ,因此壳侧流动与换热是这种换热器的瓶颈所在. 弓型折流板换热器是最普遍应用的一种传统管壳式换热器 ,但它的弊端在于 : 沿程压降较大 ; 易出现流动死区、旁流和漏流 ,且容易积垢;较高的质量流速易诱 导换热管的振动 ,缩短了寿命.针对其壳侧流动的缺点 ,人们提出了螺旋折流板换热器的概念(图) ,并于20世纪90年代初由ABB公司开发出系列产品 ,在实际应用中取得了良好的效果 ,尤其对于高粘度流体效果更加突出.
螺旋折流板是将传统的垂直弓形板换成螺旋状或近似螺旋状的折流板,折流板与换热器壳体横断面有一个倾斜角度,使得流体在壳程沿螺旋通道流动。按流道多少螺旋折流可分为单头或双头。图1为流体在弓形折流板和螺旋折流板换热器壳侧流动情况对比的示意图。
螺旋折流板换热器的螺旋折流板使流体在壳侧呈连续柱塞状螺旋流动(即plug流),不会出现传统折流板换热器内的流动“死区”,并且由于旋流产生的涡与管束传热界面边界层相互作用,使湍流度大幅度增强,有利于提高壳侧传热膜系数。
