換熱器設(shè)計(jì)中的新技術(shù)應(yīng)用

                                 換熱器設(shè)計(jì)中的新技術(shù)應(yīng)用
                                          齊春景
                     (大慶石化公司機(jī)械廠,黑龍江大慶163711)
    摘要:文中闡述了在換熱器的設(shè)計(jì)實(shí)踐中,采用膠圈密封,加強(qiáng)換熱管和管板之間的密封;利用套管加強(qiáng)波紋管與折流板的連接,采用螺旋流來消除死區(qū)等新技術(shù)在換熱器中的應(yīng)用。
    關(guān)鍵詞:膠圈;密封;波紋管;螺旋
    中圖分類號(hào):TK17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-4962(2008)01-0037-02
    在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)實(shí)踐中,新技術(shù)得到很好的應(yīng)用,尤其在操作條件比較苛刻的情況下,這些新技術(shù)能夠滿足使用要求。換熱管和管板之間一般采用強(qiáng)度脹或者強(qiáng)度焊的連接形式,如果由于制造原因,強(qiáng)度脹或者強(qiáng)度焊的連接不可靠,在連接處就會(huì)出現(xiàn)泄漏,采用膠圈密封換熱管和管板的連接可以有效防止這類問題的發(fā)生;管束振動(dòng)是影響一些高效換熱器推廣的主要障礙,采用折流桿解決管束振動(dòng),制造上很不方便;采用普通折流板。
    在波紋管上加短套管,使波紋管和折流板緊密連接,可以有效減小振動(dòng);管殼式換熱器的折流板,在殼程容易產(chǎn)生死區(qū),采用螺旋流可以有效地消除死區(qū)。
    1·密封膠圈的應(yīng)用
    密封膠圈一般要求有一定回彈性,也就是利用它的回彈性來實(shí)現(xiàn)密封。
    1.1密封膠圈的材料
    密封膠圈采用耐油橡膠就可以滿足使用要求,在溫度和壓力特別高的條件下,可以采用紫銅圈或者退火08鋼代替橡膠圈,實(shí)踐證明[1],在10 MPa和300℃條件下,耐油橡膠可以在貼脹條件下,密封良好。
    1.2膠圈密封的結(jié)構(gòu)
    膠圈密封下,換熱管和管板連接見圖1。
              
    密封膠圈鑲嵌在脹帶槽內(nèi),密封膠圈內(nèi)徑與換熱管過盈配合,外徑與脹帶槽有少許間隙。
    2·加強(qiáng)套管的應(yīng)用
    加強(qiáng)套管就是在波紋管上,與折流板連接處,加1個(gè)短管,利用這個(gè)短管,使波紋管與折流板聯(lián)系在一起,中間不留間隙。
    2.1管束振動(dòng)的判據(jù)
    殼程是氣體或者液體,滿足下列條件之一,就有可能發(fā)生管束振動(dòng)[2]。
    (1)卡門旋渦頻率fV與換熱管最低固有頻率fn之比大于0.5;(2)紊流抖振主頻率ft與換熱管最低固有頻率fn之比大于0.5;(3)橫流速度V大于臨界橫流速度Vc。
    2.2加強(qiáng)套管的作用
    加強(qiáng)套管使波紋管與折流板連接緊密,有效提高了與換熱管最低固有頻率fn,同時(shí),也提高了臨界橫流速度Vc,因而,理論上,加強(qiáng)套管減小管束震動(dòng)的發(fā)生概率。
    2.3加強(qiáng)套管的結(jié)構(gòu)
    加強(qiáng)套管的結(jié)構(gòu)見圖2,要求換熱管與套管、套管與折流板之間聯(lián)系緊密。
             
    3·螺旋流的應(yīng)用
    分析流體螺旋流動(dòng),首先了解螺旋線,也就是流體中某一微小單元的流動(dòng)軌跡。
    圓柱面上的動(dòng)點(diǎn)M繞中心軸z以角速度ω回轉(zhuǎn),同時(shí),沿z軸方向以速度V移動(dòng),其動(dòng)點(diǎn)M的軌跡就是螺旋線。
    3.1圓柱螺旋線的數(shù)學(xué)表達(dá)式
    圓柱螺旋線的立體圖和展開方法見圖3。
              
    3.2流體流動(dòng)簡化
    流體內(nèi)任意一點(diǎn)物質(zhì)的流動(dòng)軌跡,可以簡化為螺旋線。于是,在理想狀態(tài)下,管道內(nèi)流體的流動(dòng)可以看作螺旋線的集合,研究螺旋流體的流動(dòng),推導(dǎo)出操作所需要的壓強(qiáng),流速等關(guān)系式。
    3.3螺旋流的應(yīng)用
    管殼式換熱器的殼程,流體的螺旋流動(dòng)主要通過螺旋折流板來實(shí)現(xiàn),美國ABB工程公司在螺旋流換熱器的設(shè)計(jì)上,開發(fā)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件,用來計(jì)算螺旋折流板換熱器的工藝參數(shù)。
    4·結(jié)束語
    介紹了管殼式換熱器設(shè)計(jì)中的一些新技術(shù)應(yīng)用,通過一階段的使用跟蹤報(bào)告,能夠滿足使用要求,這些新技術(shù)還有一定的局限性,不能滿足所有工況下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)要求,需要進(jìn)一步研究完善。
    參考文獻(xiàn):
    [1]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB151-1998管殼式換熱器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999:26.
    [2]張作為,姜曉莉.螺旋在石油化工中的應(yīng)用[J].化工設(shè)備與管道,2007,8:36.
    作者簡介:齊春景,女,工程師,1998年畢業(yè)于燕山大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè),現(xiàn)從事壓力容器設(shè)計(jì)工作。