丙烷蒸发器的设计开题报告(3)
瑞典AUares公司近年推出了一种高效换热元件螺旋扁管，它的结构特点是管子换热段的任一截面均为一长回，当组装成换热器时可以混合管束，当管程流盆较低时，可通过增大长、短轴之比值，减少流通截面以提高流速，使换热器两侧处于较理想的流动状态，与以增大泵功率的消耗来提高传热效率具有截然不同的效果。
螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器，是由美国ABB公司提出的。其基本原理为：将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中，每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度，使壳程流体做螺旋运动，能减少管板与壳体之间易结垢的死角，从而提高换热效率[8]。相对于弓形折流板，螺旋折 流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街，从而提高有效传热温差，防止流动诱导振动；在相同流速时，壳程流动压降小；基本不存在震动与传热死区，不易结垢。对于低雷诺数下(Re<1000)的传热，螺旋折流板效果更为突出[9]。
桂林化工机械厂曾与华南理工大学钱颂文教授合作并成功地将强化传热元件螺旋描管用于折流杆换热器，节省换热面积接近60%，效果十分显著。目前，螺旋植杆折流杆换热器在桂林化工厂已系统化生产[10]。
4 课题研究的内容
本文的研究内容主要包括总体方案的确定：管箱、管板、折流板、拉杆等结构形式的确定以及标准件（支座、容器法兰、管法兰）的选取；换热器结构的设计主要包括壁厚的确定，壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常由管材或板材卷制而成；管箱圆筒短节设计；壳体圆筒设计；封头设计，根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗情况来选择；设计换热管；确定U型管弯管段的弯曲半径和弯曲前的最小壁厚；换热管中心距，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径；选择合适的管子排列方式；管板设计，除了要满足强度要求外，也要正确选用和节约材料、降低成本；换热器其他部件结构的设计有：进出口接管设计，接管法兰设计，接管外伸长度，接管开孔补强的计算与校核等。
5 创新点及难点分析
5.1利用扭曲管的特殊排列结构加强传热
采用扭曲椭圆管(SP管)和扭曲三叶管(PS管)作为换热管，在管束中不设折流板，依靠2种扭曲管的外缘保持紧密接触来相互支撑。扭曲管两端依旧保持为圆管结构，以便和换热器的管板装配旧引。扭曲管对于管程和壳程的流体均有一定的强化传热效果。扭曲管的特殊排列结构可以使壳程横截面沿管束发生周期性的纵向变化，从而使得壳程流体在沿螺旋扭曲的换热管外壁纵向流动的同时，还产生了复杂的以旋转和混合为主要特点的强烈扰动，因此较大程度地强化了壳程流体的传热；而其管程流体在管内也做螺旋形流动，从而提高了流体的湍流程度，减薄了边界层，强化了管内流体传热。[11-12]
图5.1换热管排列示意图
5.2阶梯形等强度管板的应用
管板在管壳式换热器的制造成本中占有极大的比重，对于高温高压的化工设备，标准中200-300mm厚度的管板是不足为奇的[13]。如此厚的管板不仅原材料费用高，而且达到要求的精度很困难，加工费用特别高。厚度大的管板工作中还会产生巨大的热应力。可以设法延伸兼作法兰的管板，分别按法兰要求设计它的厚度，将相应合格的法兰和管板毛胚按有关的工艺要求进行组焊，加工成不等厚度的阶梯形等强度管板。有利于安全，加工，降低制造成本。
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