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換熱器強(qiáng)化傳熱的方式

 通過(guò)改善傳熱性能,從而達(dá)到改善和提高熱傳遞速率的目的。對(duì)于換熱設(shè)備穩(wěn)定傳熱時(shí)的換熱量Q等于傳熱系數(shù)與換熱面積及平均傳熱溫差的乘積,即:
    
    擴(kuò)展傳熱面積
    為了增加傳熱效果使用最簡(jiǎn)單、最多的一種方法是擴(kuò)展傳熱面積,但不能增加設(shè)備的體積來(lái)增加傳熱面積,那樣不但使設(shè)備龐大,而且增加了對(duì)設(shè)備的投資。目前,較好地方法是提高單位體積的傳熱面積,使用一些特殊構(gòu)件,如翅片管、波紋管、板翅式換熱器等。神寧煤業(yè)集團(tuán)25萬(wàn)t/a甲醇裝置精餾工號(hào)的加壓塔冷凝冷卻器在進(jìn)行改造時(shí)使用了波紋管換熱器,即用有2638根波紋管的換熱器替換了有3773根普通列管的換熱器,雖然少了1135根列管,但是換熱面積卻與原有換熱器一致。
    加大傳熱溫差
    加強(qiáng)換熱器換熱效果最常用的措施之一是加大換熱器傳熱溫差ΔT。比較常用的方法有兩種:一是在熱流體和冷流體的進(jìn)出口溫度一定的情況下,通過(guò)使冷、熱流體相互逆流流動(dòng),即采用不同的換熱面來(lái)實(shí)現(xiàn)改變平均傳熱溫差的目的。二是擴(kuò)大冷、熱流體進(jìn)出口溫度的差別以最大平均傳熱溫差,這種方法受實(shí)際設(shè)備或工藝的條件是否允許影響,所以在使用過(guò)程中應(yīng)盡可能的考慮到不能使其成為增強(qiáng)換熱器傳熱效果的最主要手段。如循環(huán)水冷卻器冷卻水的溫度受當(dāng)?shù)氐臍鉁?、濕度等因素影響,降溫比較困難,另一方面也大大增加了能耗。所以,應(yīng)綜合考慮熱力系統(tǒng)能量的實(shí)際情況,合理使用這種方法,而不能一味增加傳熱溫差。
    增強(qiáng)傳熱系數(shù)
    當(dāng)前,研究傳熱強(qiáng)化的重點(diǎn)和主要途徑之一是從提高換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)以增加換熱量著手。由方程式(1)可知,傳熱過(guò)程各串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱阻疊加而成了總熱阻1/K,進(jìn)而得出為了提高傳熱系數(shù)可通過(guò)減小任何環(huán)節(jié)的熱阻來(lái)實(shí)現(xiàn),使傳熱過(guò)程的速率大大增加。但當(dāng)各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻1/α1、δ/λ、1/α2具有不同數(shù)量級(jí)時(shí),總熱阻的數(shù)值將由其中最大熱阻所決定。以套管換熱器為例,器壁熱阻δ/λ,可以忽略,當(dāng)α1遠(yuǎn)大于α2時(shí),必定K≈α2,而當(dāng)α2遠(yuǎn)大于α1時(shí),必定K≈α1。由此可見(jiàn),在串聯(lián)過(guò)程中可能存在某個(gè)制約環(huán)節(jié),須減小該環(huán)節(jié)熱阻,否則難以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。在對(duì)神寧煤業(yè)集團(tuán)25萬(wàn)t/a甲醇裝置氨冷凍工號(hào)的冷凝器進(jìn)行改造時(shí)就很好的利用了這一點(diǎn),由于介質(zhì)的腐蝕,在改造時(shí)將列管更換為不銹鋼材質(zhì),而此種材料的導(dǎo)熱系數(shù)僅為碳鋼的三分之一,但是改造后冷凝器的換熱效果卻大幅增強(qiáng),冷卻水上、回水閥的開(kāi)度僅為原來(lái)的三分之一,很好的節(jié)約了冷卻水的用量。主要原因就是使用了特殊的換熱管波紋管,使得管內(nèi)的冷卻水湍流加強(qiáng)而大幅提高了管程的給熱系數(shù)。同時(shí),由于波紋管的縮放作用,減少了污垢的生成使得冷凝器可以長(zhǎng)期運(yùn)行而不用清洗。相比之下金屬材料的熱阻遠(yuǎn)小于對(duì)流給熱的熱阻,在傳熱過(guò)程中不起主導(dǎo)作用。