列管式换热器的设计开题报告(2)
经过近10年的研究与开发，目前已开发出适用于气-气、气-液、液-液无相变及有相变的新型高效节能换热器系列。新型换热器与现行管壳式换热器相比，总传热系数提高35%以上，壳侧阻力降减小50%以上，处理相同的热负荷，所需设备质量轻。实践证明，与现有传统的折流板换热器设计计算一样，高效节能换热器的设计技术已比较成熟，其流体力学与传热学计算已自成体系，其强度计算与结构设计可利用管壳式换热器国家标准（GB151-98）执行。笔者认为，全面替代传统管壳式换热器的时机已经到来，因此该项技术大规模的推广应用尤为重要[4]。
3 国内外管壳式换热器设计的研究进展与主要成果
管壳式换热器的发展总体上是（1）壳程的强化传热，提高传热系数。支承形式的发展，从板式支承到折流杆式支承，再到空心环支承，最后到管子的自支承，当然其间也有交错发展的情况。随着支承形式的发展，管壳式换热器的壳程给热系数呈现不断提高的趋势，压降呈现不断下降的趋势，换热器的传热综合性能得到很大的提高从管壳式换热器的发展可知，新的支承结构的出现，大多数是为了使流体的流动方式尽可能变为纵向流，这有利于管程与壳程的热交换，从而提高传热系数，同时伴随着压降的降低，使得传热综合性能得到很大的提高。（2）管程的强化传热，增大传热面积，改变管子外形或在管内加入插入物，如螺旋槽管、横纹管、螺旋扁管、管内插入物、翅片管、缩放管和三文内肋管等多种强化传热管。但换热器的传热面积不可能无限制地增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设备要紧凑化[5]。
3.1 管壳式换热器技术中管束支撑方式的研究进展
3.1.1 板式支承结构的发展
（1）多弓形折流板：多弓形折流板包括双弓形和三弓形折流板，多弓形折流板与单弓形相比，在结构上只是增加切口面积，使壳程纵向流流动增大，可以克服单弓形折流板急剧回转流动造成的管束振动和压力降大的缺陷。
（2）整圆形折流板：异形孔折流板，虽然异形孔在传热防振、阻止结垢等方面得到了很大的提高，但是在其加工上存在不小的难度，需要专门的冲压模具，从而费用较高。德国GRIMMA公司1991年在化工机械世界性博览会上展出的一种网状整圆形新型折流板，其结构与前述几种整圆形折流板没有太大的差别，只是便于加工。该结构仍按普通折流板划线、钻孔，然后将折流板上的横排管孔以4个圆孔为一组，将管桥处铣通。在一般的钻床和铣床就能完成加工从而降低了加工费用。这种结构不仅避免了大面积的传热死区，而且压降较低，传热率较高[6]。
3.1.2 螺旋折流板支撑结构的发展
传统弓形折流板换热器中，壳侧流体成弯曲的Z字形流动，但这种折流板的布置形式带来很多的问题：（1）沿程压力降大，易产生流动滞止死区；（2）旁流和漏流降低了有效横掠管束的质量流速，高的质量流速诱导换热管的振动，缩短了换热器的寿命。因此，为了节能及节材，迫切需要改变传统的节流板结构的形式。20世纪90年代，针对弓形折流板换热器壳侧流动的上述缺点，国外科研人员提出了螺旋折流板换热器的概念，并由ABB公司于1994年实现了产业化。在气/水换热的情况下，传递相同的热量时，螺旋折流板换热器的传热面积可减少30%~40%，节省材料20%~0%[7]。螺旋隔板换热器，是一种高效，紧凑的换热设备，其性能优于其它类型的管壳式换热器，螺旋隔板换热器的构造可以解决普通弓形隔板换热器的种种弊端。提高了换热器的抗垢性能和壳程的传热系数并降低了压降。此外这种结构还能增强管束的稳定性，防止震动[8]。
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