板殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱設(shè)計(jì)

板殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱設(shè)計(jì)

板殼式換熱器是一種由板束和殼體組成的換熱裝置，在中國(guó)很少見(jiàn)。其早期型式與管殼式很相似,只是用平板縫焊成的扁平板管代替圓管而已。這種換熱器比管殼式換熱器緊湊,但因板管還是平滑直管,強(qiáng)化傳熱效果不好。因此設(shè)計(jì)一種強(qiáng)化傳熱的板型傳熱面結(jié)構(gòu),例如與板式換熱器類似的波紋板傳熱面,就成了這類換熱器改進(jìn)的重點(diǎn)。板式換熱器是工業(yè)流程中應(yīng)用較為廣泛的換熱設(shè)備之一。但由于密封墊片的原因,使其工作溫度、壓力和密封性能受到限制,不適合體積流量相差太大的場(chǎng)合,更無(wú)法應(yīng)用于降膜傳熱和傳質(zhì)的過(guò)程。近年來(lái)出現(xiàn)了一種焊接式板式換熱器,但制造工藝要求高,難以推廣應(yīng)用。為此筆者設(shè)計(jì)了一種適合國(guó)內(nèi)技術(shù)水平的新型板殼式換熱器。1相鄰傳熱板片的制備新型板殼式換熱器用于液-液傳熱的基本構(gòu)造見(jiàn)圖1。這種換熱器由矩形波紋板片和殼體組成,在板片的2個(gè)對(duì)角上各設(shè)置1個(gè)導(dǎo)通孔,作為板內(nèi)流體的進(jìn)出口。在疊置的相鄰傳熱板片的四周和導(dǎo)通孔處相間地用電阻縫焊(亦稱滾焊)焊接,形成封閉的平行板內(nèi)通道。板外流體需要由殼體來(lái)包容,其進(jìn)出口設(shè)置在殼體上。2優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)(1)道內(nèi)流體傳播特性流動(dòng)形式與板式換熱器類似,在網(wǎng)流狀波紋通道中,流體受到強(qiáng)烈擾動(dòng),臨界雷諾數(shù)只有20~50,在很低的流速下就呈湍流特性,傳熱系數(shù)很高。并且可實(shí)現(xiàn)逆流傳熱,熱回收率高。(2)規(guī)格型號(hào)的使用在同一殼體內(nèi),可并聯(lián)或串聯(lián)布置若干個(gè)板片組,只需2~3種板片就可滿足從幾個(gè)m2到上千m2規(guī)格型號(hào)的使用,并與用戶所需的物料相匹配,以保證最小傳熱表面與最低輸運(yùn)成本兩者的最佳結(jié)合。(3)供熱介質(zhì)對(duì)比板片間采用焊接密封,能嚴(yán)格保證2種換熱介質(zhì)不相混合。實(shí)際研制表明,電阻焊接方式的質(zhì)量可靠,機(jī)械化程度較高,且不用消耗焊條、焊劑和惰性氣體。(4)腐蝕和長(zhǎng)期生活板片由耐腐蝕的不銹鋼材料制造,對(duì)于含氯介質(zhì),可用鈦板制造,確保換熱器使用壽命。(5)縱向縫焊平面除了和板式換熱器一樣采用能提高強(qiáng)度和剛度的層疊布置波紋板片,形成網(wǎng)狀交叉接觸點(diǎn),使板片受力條件合理外,還在板片中間設(shè)置了一道縱向縫焊平面(圖2),以減小板內(nèi)流體壓力將板片通道撐開而傳遞給殼體板的壓力,所以只需較薄的板片(0.6mm左右)就可承受較高工作壓力。較薄的板片還可彌補(bǔ)不銹鋼材料導(dǎo)熱系數(shù)小的不足。對(duì)于由多個(gè)板片組構(gòu)成的大型換熱器,可在殼體內(nèi)設(shè)置隔板或筋板,使換熱器形成蜂窩狀結(jié)構(gòu),因而殼體鋼板無(wú)需很厚,板殼式換熱器平均質(zhì)量和體積只有管殼式或螺旋板式的25%~40%。(6)鋼絞線換熱器雖然采用耐腐蝕優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料制造板殼式換熱器,但其制造成本卻與碳鋼螺旋板式換熱器相當(dāng)。其原因在于:①板材的軋制過(guò)程比無(wú)縫管的擠制過(guò)程簡(jiǎn)單,能量消耗較低,材料成本低得多。②由于板片較薄,按面積算,0.6mm厚不銹鋼板與4mm厚碳鋼卷板的材料價(jià)格幾乎相當(dāng),而低于3mm厚的鋼管。③板殼式換熱器的傳熱效率高于管殼式和螺旋板式,完成相同任務(wù)換熱器的傳熱面積可減少。④板殼式換熱器的模具較簡(jiǎn)單,費(fèi)用低,并且只需2~3副模具就可用于常用的規(guī)格,初期設(shè)備投資少,生產(chǎn)效率高。⑤電阻縫焊的單位成本只有氬弧焊的10%~20%。(7)運(yùn)輸流體所需的功率雖然波紋板通道內(nèi)的局部阻力比光滑表面要大,但由于板片數(shù)目多,并列的通道數(shù)目較多(螺旋板式換熱器是一條通道到底),因而流動(dòng)速度并不高,再加上通道長(zhǎng)度較短,所以其總體阻力損失反而比其它型式的換熱器更小,因此可使運(yùn)輸流體所需的功率減小。(8)減少了懸浮水結(jié)垢流過(guò)此換熱器網(wǎng)流形波紋通道的湍流使固形物保持懸浮狀態(tài),減少了諸如二氧化鈦、氧化鈣或含有大量泥沙冷卻水等懸浮水的結(jié)垢。另外,對(duì)于某些一側(cè)流體較臟,容易結(jié)垢的場(chǎng)合,還可以將殼側(cè)做成可拆型,用機(jī)械清洗。(9)汽流通道、噴淋系統(tǒng)板殼式換熱器不僅可以用于液-液熱交換,還可采用在殼體上留出氣液分離和儲(chǔ)液空間,或留出汽流通道,或在板片上方設(shè)置噴淋裝置等措施使其用于蒸發(fā)、冷凝、發(fā)生和吸收等傳熱傳質(zhì)過(guò)程。例如,雙效蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)的全部換熱器都可用板殼式換熱器,見(jiàn)圖3。3合同主體的要求新型板殼式換熱器集中了管殼式和板式換熱器的優(yōu)點(diǎn),其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為采用質(zhì)量可靠、成本較低廉的電阻縫