全焊接板式换热器发展综述_栾辉宝

中国学: 技术科科 www.学cishcinac.om 论

2文013年

第

43卷

第 9: 期0210 ~1 30

3《中国学》杂志社

S科ICNCEE CHNI APERSS

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hc.csciiha.com

n全

接焊式板热换器发综展述

辉栾 *, 陶文铨 , 朱宝国庆 ,陈 斌 ,王崧

①② ① ① ①

①中国船 舶重集团工司公七第一研一究所能装源事业部备,上 海 211008; ②安西交通大学能源与力动程工院学热科流与学工教程育重点部验室实,西安 71 009 * 4E-amil l:[email protected] 收日期稿:20 130-30-7 接;受期: 2日03-04-213 国重点基家研究础发展计(划“79”计划 ) 3(批号准:2 013C2B28034资助项目

摘)

要年来, 近随伴着造制技术的快发速展和热器换结构形式的不断化,优 全接焊式板

换器的性热得能了到大大升提, 以可应于用温度范 2围00C°~009°C 压,力围范空至真 2 0MaP 的合场 引,了起工业界广泛的关注.本文 首对全先接板式换焊器热行了系统进的类分与介绍 选取了,两新产种可拆全焊品接板换式器和圆形热片板壳板式热换器进了行详细 介, 介绍了绍全焊板接式热器换的用应场, 合内外市场国情况等 .接来下 ,细阐述了全详接 焊板换式热器管壳与式换器相热比存在的优, 并通势工业过 4 中典型工个加况论以证.最 ,后 结总全了接焊板换热式在传热器动流方面的研究进展 指,了相出工变况依是研究旧点与 难热, 具有点纳微米强化面的表板式热换器够能幅度大高换热提性器能, 值深入得究与探 研讨.除实 研验之究, 外随伴着超计算机级发的展 ,式板换器的数热值模尺度越来越大拟, 在 较的 Re 数范宽围内, 无变相况下的工拟模果结实验结果误与差 15%在内.以基于 以上析,分可以 出看全焊板接式热换具有器大巨的展潜力发广阔的和场市前.

关键景 换热器词板 式板壳 式 值模拟 数变相强 化表面 接

焊我政国一府贯持的能坚源发方针为“展开与发 能节并 ,重 把节能在放首”. 位207 0年我工业总国值 占产GDP 总的值 247.,%能 占耗能耗的 71总6.% ,高能 耗工业的耗占工能能业的耗8 %, 技术节0能空间巨 [1大 ,]2 国家.源科技能十二五”规划也“明确出提了用 “限无的技力科解量决限有源和能源资的束约, 着 力 高能提资源开源、发化转和用的利效率 ”的节原 能 则[]3.工 生业中 6产0%上的以能用设都备是换器 .热换热 器不是工仅部门业证某保些业流程工条件而和 泛广用使通用热工的设备, 是开发也利用工业二 次源 ,能实 现余回收热节和能主的要备设 [,45 . ]热器换产业 分充现节体能环 , 是一保处个于蓬发展勃期 朝的阳业. 产近来, 年热换行器的主业要展发方为向节

增能效 ,体具提为传热效率高, 减传热少面积 , 低 压降降, 提 高置热强度等方装面[ 68~] 如.果能得够换到 效

热率高换的热, 在器少较的备设投资的情下况, 得到 较的夹小点温[差9, 则]会高提个整热系统换节能的 水平.换热 按器照传表热的形状面结和构点可特分 为式换热器,管板 式热器和换其他式形热换器三大[10]类 其., 管式中热换器以表面管为传热, 具面有高温耐 压高, 造制工简艺等特点, 是工单中业用应最多的换 热 器. 式板热器换 1[~141 ]是以为板热传面, 有具构紧结 凑, 传热率效高特点, 等是前较为先进目高效的节能 换器热. 式换板热器片板与片板间密封方式有之垫 密片封焊和密接封两方种式[ 5]1. 垫片密封板换热

式文版发表中息信:

栾

宝辉,陶 铨文 ,国朱庆 ,等 .焊接全式板换器热展综发. 述国中学科:技术科 学, 2031,43: 10 21003,3d o:i10 1360./029103-283

中

国学科 技术科:学

2130 年

第

4 3

卷第

期

器9即见常可的拆板式热换,器它具 换热效率高有, 易 洗拆护, 容易维扩等优容, 已点在经各行业个得到 广应泛 用.垫 片密封板式换热内器流体的须与垫片 材料相兼容(非腐必性),蚀工作 压一力般小于2.5 PaM ,度低温 2于5°C0 [12]. 接密焊板封式热换整器个片 板围采用周焊方式来接成形密 , 可用于封与材兼容板的 蚀性腐体流, 工作 力范压真围至空2 0M aP 温度,范围 200C°90~0°.C全 接板式焊换器热出现 ,的大 大拓 了板式换热器的宽应用域领. 伴随制造着术技的 快发展, 尤速是焊接技其术[16]的展, 发全焊板式接 换热新器品不产涌断出 图 .1 出了给焊接板式换热全器 的类.分 根换据热芯有体没有放在压外承壳,中 可 分为以非壳式板和板式两大壳 .类非 壳式根据流板 方式和动焊方接式的不可以同逐细分为可步拆焊 接板式换热器全、焊钎板式换热器、纯逆焊流板式接 热器换螺、旋式板热换、器翅板式热器换等.板壳 式 热换根据器片板的几何状形以分可为圆形板板壳式片 换热和方形板片板器式换热壳器 本.文先首将对 1 中图各换热类原器理行进简单述描 ,着讲解重中其两 新类全型接板焊式换器 热:可拆 全焊板式接热器 换圆形板和板片式壳热器 换 并介绍,焊接全式换板 器的热市情况场 ;接下来述全阐焊接式板换热器管与壳式 热换器经的济对比性 最后;总结近年来了全焊接 式换热器传板热流方动面研究的进.展

束放置被 在 块4靠栓固定螺的框之间,板 上下分别部 维持有压的力板顶 4. 个面上带板有流进出口的体 连接嘴管.全螺栓 接结连构得板使框可快速以拆, 卸 进而便方板束进行清理对和护 .维由 于与板之板间通常采用 激光焊接 不,用垫片使, 最其工作压力可高达4.2 M P,a 作温工可达 3度5°C0 可.拆焊接全式板热换产器品于20 世纪 0 9年代初 面市, 迄期今十有万台几设备入投

运行. 类该换器 热标化准、动化自程度 高, 势明显优. 外国市场 ,上 该类品在产许多领已全域面代管壳替式换器 . 国热内 自 919 8年茂乙名项目乙烯二醇置引进装 AflaLav a l司的公类产该品后,随 着套设成供备应商配套, 艺工 专利商指的定,跨国 司公华在资投厂等渠道建 ,类该换热 器年来在近内国使用况情大增大多 随着使. 用业的绩增多,客 认户度可来越越高,目前国内已有 数千设台投备运入 . 主要应用行行业有 的 :油化 石工, 化工煤 ,电厂 制, 冷 制,药业和行海上平台等 .表 1 总结 国著名换热器外产生的同商类品的产技术 性能.

12

钎焊板式.热换器钎焊

式换热器(如图 板 3所)的示换板热片边有

周一用于圈相定互位的边折 板,与片板片之间填焊 入铜箔料镍或箔,放 入真炉中空加制热.成 于焊料由 的熔点于低片, 液化板后板将片互相焊在一起接. 这种 结的构优是点结构凑,紧 重轻, 量除了板片端板与外 没多余有结构. 其生的大产依靠多设, 人为因素较 备少 生产自动,化度高程 缺点.受真是炉空小的大限, 制板面单积总装面积都与能很不 ,大焊接后的 设备无法 拆.

卸1

1.1

非

板式壳焊全接式板热换

器可全焊接拆式换板器热

拆式可全焊板式换热器接如图( 2所示是)焊全 板接换式器家族热的中种新产一品. 全 接焊构的结

板1图

焊全板接换热式分器类树 120

1

栾辉等: 宝全接焊式换板器发热展综

述

焊钎式板热换目器国内前厂外的产品家能大性致相 当,结构形 也类式似 ,大单板片最寸尺9 0 0mm × 50 m3m 使用,温度围范50C~°205°C, 高最使压 力用4 .5M a.P钎 焊板换式热的钎料器多大数用铜 采 唯, A有lf Laval 公司a的专利品产 Alaf Noav,焊料 采用 不钢 锈.该产 采用品利熔专焊技术制成了全钎 锈不钎焊式换钢器 . 热钎焊板式换热目器广泛前应 于用石化、制冷行业等.

1

3.

2 可图全焊拆接式换板器热(

片图源 :来w ww.lafaalavlco.m)

纯

逆流焊板式接热换器

表

1

外国著名厂商可全焊拆板式换热接产器

品图 产片品性 特温度范围 1:0°C~0204C 压°范围:力 0~.2 M4aP

厂家

名 ALF称 AALFA (L阿法伐拉 , 瑞 ) 产品 : COM典PBAOCLAPV (培威 , 安国英 产) 品 HY:BRDIG A (基伊E 埃 ,国 德)产品 : EABLGOCSOND XE 桑得克( 斯, 麦丹 )产品 S:W

A温度围范:200 C~900°°C压力 范围: 06~0. MPa

纯

流逆接板式换热器(如焊 4 所图示)通过口入封 (头集箱流)布的可以实现置股流体的逆流两热换 . 入口 头封连方接有式 4图a( 和 ()) 所b示, 两种方 式在仅 头布置封位置有上所别 差.同 时换芯热与体板的 连接方式分压可为式和不可拆拆两种 式 .者前换的 芯体压紧在两热压紧板,中 压间靠螺栓连板(如接图4 () a所 )示 ,后者的而换芯体

热则放于置焊接矩形箱的 内(体如 图4b()所). 示该类产与上文提品的可拆全焊到板式换热器接 的区别主有两要: 点) 前1流者动式方为错, 后者流 流动式方逆; 2) 前流者无入口头结构封 管,嘴连接在

温面范度围: 00°1C~153C 压力范围°: 0~3. 2Pa

温度范围M: 100C~40°°C 0力压围范:0~4 0.M a

P

3

图焊板式换钎热

器图

4纯

逆流焊接全板式换热

器(片图源 :来www ap.hieatratnsfr.come

)

a)( 拆式 可; (b)可不式拆(图片来 源 www.:rtantr.ecom)

1

20

2中国

学科 技:科术学

2

103年

第43 卷

第

9期

板上 ; 后者有而入封口头 ,封连接头在板片体上芯. 而前者更便于因洗清维和护 ,而后 者有好的更流动传 特性热

.

.5

1

旋板式换热螺器

1.

4

翅板换热器

式板式换翅热器(如 5图 所示结)构常通由片,翅 隔, 封条板和导片流组成.在相 邻两板隔间之置放翅, 片导流片和条,封组成一个通道 ,按设计要求照各通 道适当排列对, 钎成焊体整 , 可就得到以常最的用逆 流错流、 错逆,板翅流式热换芯体器 ,两端在配置 适的流体出入口当头 (封集或流箱) 就,一成整的板翅完 式热换.器板翅 换热器被通俗式地做叫 “ 冷 ”箱 大,量用应空分行 ,业 油化工石业.行它 特适别于合冷制,低温, 力不太压高, 介质无强蚀性腐场合.的 其在深冷尤 域, 板领式翅热换已占器据了很重的要置.位其原 在因于在 冷设备中深换热器的求要具有极高传热的率效 和非小的热力不常可逆损 , 其关键部位的失热传 差只温有 0.~1.50K 因,对换而表热面紧的性凑及热传效率 提极出的要高求 而板,式翅可以足这些满要.求 家国2 01 年《重大2术技装备主创新指导目录 中》自指出 型大高板翅式效热换冷器箱是待将发展一 项大型石油的及石设备[17化]

螺旋.板式热器(换图 6 所如示由)壳、螺外体、旋 封密及进口出嘴管等成 . 组旋体螺两用张平的钢 板行卷制成而, 两道流沿边密闭沿, 两端盖靠密板 .闭 体沿紧凑流长狭的单一流在两道板间之动流 . 种 传热两介质可实以现逆流动流 ,大增大了强热换效 . 由果螺旋通于的道率是均匀曲的 ,液体设在备内动 流有没的大向,转 总的力阻小,因而 可提高计设流速使 具备之较的传高能热力 该.热换器点缺在:于 最大 寸受限于尺卷钢板的能力 ,制同时不可 卸的结构拆 式方,增加了 维成护.本

.6

1其

他

了除上几类典述型产的 品, 焊接板全式换热器其他 构形式结还有焊全接式空板预气热器[ 18] ,等 图 7如所 示 .板空气预式器热由多许互相行平板单的元组成 , 烟与空气在气板交间流动换错 ,热板 元单

可

6 图图5板翅 换式热

(器) 外观a图;(b )理原图

螺旋

式板热换器

a) (外图形; b()原理 图 (图片源来: w w.wlaflaavlac.om)

1032

栾宝辉:等全 接板式换热焊器发综述

设展 9备20 02m高效 能节壳式板换器(如图热 所9), 示 功成于福建用油炼烯乙项芳目联合装烃置 40 1吨/万年连 续重装置整 中[19.]该台设 备与壳管的式经济对 比将性在文中详下细论讨

..22

圆形板片壳式板换器热

图

7

全焊

接板空式气预器热

以是平

板 也,可以冲是压各种形成状波纹的板、丁 胞 板. 板质材根据可烟气度温烟及腐气蚀况状进选 行 择 .焊接板式全气预热空通常器于用预空器的高温 , 可段以避开点腐露蚀,同 时常比规翅的片空预器 管换热效大率提大高 .而低段温空的器预采用可稀土 金合板式预器、铸铁空板空式器、预管热空器预水、 媒空预热等器式方, 可均避免以露腐蚀点.

形圆板板壳式片换器热如图(1 0 所示)板壳式 是族家里面新产品. 的壳板换热式器板集,式管壳式 热器的换点于优一体.它具 传热效率有, 末端高差温,小 耐高温压高 ,凑化以及紧重轻量等优. 该产点采品用外 为圆形的波形纹片板 ,片与片之 通间过接焊成 形束板 并,板将束置承于壳体压.中 壳式板换器热片 板间之不用使片 垫 ,得它可使以于用可板式拆换热器无法应 用的温高 高,场压.合表 给2了目出国前外著厂名商的类产品该性能参数 , 产品该可应的压用范围真空至 20力M Pa ,工作温度范围  020C°9~00C,° 台最大单热换积达面20 0 0m2 .形板片单圆台热面积受换限原因的两点有

:2

板壳

式热换器随着国内外

油炼、工化技术发的展,各相 关业企

新上装置及新改

装置造的规越来模大 . 为了实越 装现置的型化 大 就需要解,决些一原关有换热器设键 占备地积面大、重量、大投资及能大高的缺点耗 目 .在炼油、 前化工业行中遍普用的使管式壳换器热不已能 足大满型化装置需要.的在 背此下,景板壳 换热 器式运应生. 而壳式换热板通常由两器结种形式: 构 方板形板片壳与式圆板形片板式壳

.

.2

1形板方片壳式板换器

热方形板片板式换壳热器(如图8 所示 采用波)纹

板8图 形方片板板壳式理原图

(a) 外形 图 (b);理图

原片

作为热传元件 ,片间板采用弧焊氩 电阻,等焊接焊方式 焊接成,的板束装承压在壳内. 波体纹板片具 有静“搅拌 作用,”能在很低的雷诺 下数成形湍 流 ,传热 效是率壳式换热管的器2 3~ .倍 同时大还大低了结降 , 垢而从设备的维使护清扫和非常方便.板壳 换式热 器可现真实的正纯逆“”流热, 换末端温差小, 可 多 以收回量热 从而,可大大节约置的装作操费.用 方板形片板壳换式器的使热始用 20于世纪 08 年代 ,法由国P caikno 公司最x研早成制,功并 首应 次用于催重整装置.化经 多年的过展发 ,029 0年, 由甘肃蓝 科石化新装备高股份

公司主研自发重的石大化10

24

图

9

902 02m方 板片板壳形式换器实热物

图

中

科学: 国技术学

科210 年3

第

3 4卷

9第期

图 10

表2

板

式壳换热器解图

分形板片板壳式换热圆产器品介绍

厂家称名图片 产特品性压 范围 力:真 空 2~0 PaM 温范围度 :20°0C900°~C压 范力围 : 空 ~10真 Pa M温范围 :度1 06C°5~4°0C 力范压围 真:空 ~8.0 Ma P度温范围: 50°C~080° C压力围 : 范空 ~15 真Ma P温度围 范 :20°C~500°C 压0范围力: 空真~6. 0P M度范围温 : 200C°900°~C压 力围范 :真空~1 0 Pa M温范度 :围 19°C5~583°C 力范压围: 真空 10~MPa 温 范度围 : 200°C~95°C 0力压围范 : 空 ~2真. MPa5 度温范 围 1:00C°250°C 压力~范 : 真空围~ 5 1PM 温a度围 范: 200°~500°C

CVAH

ERTS U伐特鲁(斯, 芬 ) 兰LPTAESH&LLEALF AALAF L(法拉阿 ,瑞典伐 )产 品: LFAADISC

1 单片面积小) ,圆 换形板热由压机次一制压而成, 而方换热板形板以可用多采片接构成 拼; 2)单台 片 数少 , 圆形片板板式换热器壳没有口流体进分配器, 为避免流了分布体的度过均匀性 不,单台 热换器 片板目不易过数多. 类两板壳换式热器的别区于在下两方以面. ) 方形板1片壳板的式板通片道度高范围在 10 30 ~m,m 单尺寸最板大达 20 m×可 2(由多片拼接而 成m;)而 圆板片形壳板式的道通高范度围 ~301mm , 片单径直大为最1. m. 前5者具有入口流分体配, 更器 适合做大型的设备,化 单换热台积面最高达10 00 m02. 后者而入口无流体分器,配单 台换热积面高达 2000 最2m ,是但结更构为紧凑 2).方 板形片板壳换式热通常采器电弧用和电 阻焊焊焊接方式 , 圆形而板片板壳式目前的势趋是 采激用焊接光,耐压 温范围更广. 方耐板形板片式换 壳热应器通用常于压 3.力5 Ma P下的工况 ,以而圆形 片板板壳式高最作工压力达 可0 2PaM.

LHE 韩( 国)

3

31

.

全焊板式接热器换的市场况情应

场用

A合P I艾普尔 ( 美国,) 产品: ISMAGHESL

ALPV(安培 , 英威国 ) 品 : 产PRAASELL

H

焊接板全式换器热的要主应场用合表见 3.目前 全 接焊板式热换在器国外场市已相经稳固 ,对而国 市内也逐渐场被认 可 .外著名换热国器商都有相 厂的产关品, 而国厂商内也在积正极研.

制.2

国3外场市

ranterT(传特 , 美 )国 品 产 SU:PERAXM

GAE 基(埃 ,伊德 国) 产 品 :EASGHELL

S

NDEO (桑德X克 , 丹麦斯)

EGMES (德国X)

全

接板焊换热式器国在外已经多年有发的展 历, 国史外厂商具有显明的势优 1). 具有多年的焊板接换式器的生热经验产 , 有好的试良验平台 ,工化应用业验丰经富 设,选型计准 确和新能创力.强2 )外产品品牌国名知高度, 业 绩 多 在已投, 入运用中质量的靠可, 优突出,点 客户的工为艺优化 及改提供进了保 ,证 之长期

加

建立的场市牌品认知 , 度使国外产品成为目得国前市场上内户客的首选 3.)市 资源场充, 足售网络销达发. 外国品产劣势. 1) 产的品格昂贵价 .2 )生因 , 研发产等部门在国外均, 服务应慢 响 且成本高.

102,

5栾

辉宝等:全 接板式焊热换发展器综述

表3

全

焊接式换板器热场应市

主要用用途

用行业应

品油的热加与却冷 , 烯乙冷 ; 石油箱工 塔业气体的顶凝 ,冷冷却 ; 洋钻井平海用台海冷却 水, 循淡环水却 ,冷 脱装盐置 , 水淡置 ;装 分浓部的度液及电碱液的解加冷热 ;却 硫酸, 盐的酸冷却、 蒸 、发冷凝 甲醛; , 醇甲 ,醇乙的冷 却;脱 化学工 业热、加盐 工艺 酒精;酵剂发提炼; 汽过热蒸器, 凝器和热气网热加 器 ,环循却器冷 ;中央冷 系却统, 透平 用油却器冷 ;循环 水,传动油 电力行业冷 却 ;汽 轮 机,发 动 ,机压缩机的 却 冷 核;站电规常 ,岛 核岛冷却; 暖通空调 机械业工船舶工业 市集中城热供中二次热心交器换; 制冷 空蒸发调 , 器冷器 凝; 汽 , 工程车机械 , 业机农械中的机冷却器油, 中 器 ; 冷润油 , 传动滑油却 冷 中央冷;器 ,却淡水 冷却 器 柴,机冷却器油, 缸套 水冷 器 却; 器机却冷

一单 ,品种类产较. 3少) 焊工接艺 全焊接板换热式器焊接艺非工关常键 国,的 焊接内水平国较仍外较大有差距, 高端焊 主机依要靠 口.进而 高端焊机次一投性较高资 限,了制国内焊接 板式换器的热展. 发4)选型 设计能 力国外家均有自己厂换的器热型设计选软件 ,而 这 选型个软是通件过验实 , 室场反复测试现整形理成 数的库, 设计据算计确率非准常. 高而国内厂大 多家没自己的实有室 ,验 时同对场现行运数据的采集并 重视不 ,进而型选设计力较差能 对.复杂于况工, 设计与运值值误差行大较.

44.

1

全焊

接式换板热器与管壳换热式对比

全焊接板式换热器的优器性

越3) 于生由产模规 ,大追求 准标化 ,客的户殊特 需求无法得到意的解决.

满3

.3

国内

场市

全

焊板式换热接在器内已经国多有的发年历展史 大部,产品都分已现工实化业. 唯有拆可焊接板全式换 热器及形板片板圆壳式热换 ,器目前国 还刚内 刚起步 ,家机构多在进正行研制发造, 且已经并产有品的雏形 ,并 未成产形业.近 来该年两类品的相关 产专数利也迅量增速 ,长如 拆可焊全板接式热器 (换专 利 C 20N257015) 2、 壳 式板 热 换 器 专( CN 202利082251 )、椭 圆形板 壳 式换 热器 片板 ( 专 利N 202066C43U0) 、可式拆焊接全板式换器热热板换(片 专利 CN 01260285A, 9利 CN专 1066628)A等.

3.4

国

产品与国内外产品主的要差

1距)板 片造工制艺国内厂家在 制压板时片 ,板的工艺片薄量减 不匀均 ,度要精于国外差品产.

对

于相厚度同的片板, 内的国承能压力差 .同 国产时锈不板材钢进口板 材与料材能性也在一定存距. 差2 板片形式 国)厂外家片板形式富丰, 可以在不工同下灵 活况用 .选 富多变丰的片形板式能够各在个工况得下 最佳到的换阻力热能性 .国内厂而, 家板类型相对

片016

2

随着技术新 ,新工艺 , 新材 料的用应, 全接板 焊换热器式的能性到得了足发长 展 在,许多应领用域 逐渐代取了管壳换热式器. 焊接板全式热器与换 壳管式热器换相比 ,有以具特点下 1). 同相降约压下束, 传热系数出高 2~ 4 倍焊全板接式热换的器间板构是结杂复网状的 道流, 种结这构能效有促使流地产体湍流 . R生au 和 jhaCdn2[]0 ,Coopr e 和User[2h]指1出板式换热内部流器 动很低的雷诺数(R在)e可达到就流湍态状 对.于式板 换热器流内, 动常通为 认RR005 时为湍流 ;e 在R1 ~500 0为渡流过[22态]. rTopu 等e人2[]3指出 板换式热与管式器热器相换 ,比压降通常 会更小, 原 因在于于对相的传同负荷热者或热面传积 ,前者流 内道的速流常通低很, 且并流长动较度短 在.相同 的降约束条压下 件, 板式热换的器传系热是数管式换热器的 3~5倍. 另,外换热板 用 片.60~.1 2mm的 薄制板 ,造降 了低面的壁导热热 .阻除 此之外, 板 式换热器存在不像管壳换热器式样的那路流旁 2.) 温耐耐压能力可与以壳式管媲美相 全接板式换热焊采用焊接密封 器 其,殊特板的片结构, 使 其有非具好的常压耐温性耐.能 板式热换器的波 纹 板(如 1图1所 )有非常示好机械强的度,同 时在板上该加工面许多有的小强筋加 . 板片板片与 间角交错度放叠 ,上波板与谷下波峰相板互触接 板,

中科国: 技术学学

科201

3年

第

4 3

卷第

9

期图 11

片间板接点触示图意

使流体得板在式换器壁热面处的速梯度度大 , 很剪 切大力 杂,质易不积沉.同 时, 板换热器式于易清洗维护 板式.换器非 热常小的液量很持合酸适洗 ; 另板式外热换器动长 流较度短 ,也合适压水高枪接直清洗.对于 道通较的 情小, 可况采以用声超技术进波行洗(清图 1如2 示所).6 快速)艺工控 由于相制邻两板间的之道窄 通 ,容能的流纳体 体积, 它能很小快新对艺工条件作起用 从,更易控而制. 如例 板式,蒸发器内持液部少量, 可减少以制剂冷充 成本, 更灌便快速启于动.

(图片来源

: www.afllaaval.ocm

)

板之和有很多间支的撑 点 ,大大高了板提耐压能的 .力 同时焊接全式换热器的换板热体芯 ,在放置壳 体中时于 通,会常在热应力方不施向加束约,这样可以 提高 耐温能其力. 焊全板接式热器的换的温应度用 围 范 为02°C09~00°C 压 ,力应 用 围 范 真 空为~2 0 PM,a 涵了大部分的盖工业

工况.3 )端温末低差末端 差温指一流是入口温度与另一流体体口 出温度之. 板差式热器的换冷, 热流在板式体热器换内 的动流行于换热平面,且无旁流 , 时薄同减少板导 热了热, 这样阻得板使换式热器端末差很温, 小于对 水-水换可以低热于1° , 而C管壳换式器大热约为 5C. 小°末端的差温,高 热有的度(效达高约 39%便于)收 利用低品位的回能量. ) 结构4紧凑, 重轻量比表 积面换是热传热面器小积型的指标, 定义化为 单位体内积的传面积热 比.表面积大,越 热器换 构越结凑 紧 光圆管管壳.比表面式积 50~10为0m 2/m, 3有翅的片管式换热器壳以可达 20到03~0 02m/3m. 全焊接板式而热换的器比面表约积为 004~00 m82/m.3 板式翅热换器具有扩的展次二表, 使面它得比表面 的积达到可10 00~520 m0/23m .板式换器重热轻.量因 为板片厚度仅 为.60~.12mm ,而 管式壳热换传热器管厚 为 2.度02.~ 5mm,同时管壳 的式壳体量重常非大 这.些点使优板得换热式安装器置位更加意 , 检修不随需附加要的检场地 . 同修对时企业于原有在的 有换限热器空间行进产生容扩非常有利 .) 结5垢,少 易维于 护式换板热器污垢的数大概是系管式的 1/5~ 1/壳1, 0原因其板为间体流的剧流烈 ,动 的小通高度

道.42

典型况工较比

下文将

取 选 4典型个况对全工接焊式板换热器 管壳和换式器选热型案方进行对比.

4.

2.

1常压蒸减馏装的塔置顶冷器凝

常减压在顶塔冷凝中器 , 选用当钢或碳奥氏体 锈钢不作为热管材料换时, 常 由于氯子离引起应 力蚀腐开裂,设备 寿命,短而 备设频繁的更给炼油厂 换的周长期生产经济和效益造成巨了的损大失 .为 了决这一难解,题 国厂内家多用纯采钛管换器. 热于 钛金属价额昂贵由 ,造成换了器热的投资很[24高].文献 [25] 给了出该工况下管壳式钛换热器可和拆全焊 接钛式板换热器经济的性比,较 果如表结4 所示. 从 表4 中可清晰比以较可出拆焊全板接换热 式器管壳式比换热器约投节 50资 余万元,0 而且存在巨大的 节空间能

.4.

2.

2低甲醇洗贫/富温醇换甲热

器温低醇甲洗 是20世纪 50 代年德林国公德司鲁和奇 司联公合发的一种气体开净工化 . 该艺艺工以冷 甲醇吸收为溶剂 , 用甲利醇低温在条下对酸性件气 溶解度极大的优体特性 , 脱良除原气中酸性气体料 .对 甲醇于贫液富换器热 目,采用较前的多热器是换 缠绕管换式器 热2[]6 圆.板片板壳形换热器式可用

以

图12

超

声清洗结波果

(图来源片: ww .vahterwu.soc)

m

1207

栾辉宝等:

焊全接式换热板器展综发述

表

4

可拆全焊与管接式壳换热经器济能性较 比[52]

型管式换U热器A lafL aal v公板司式 热器换CP 7L5--2H004 台并联 .6927 t i T7001万元 RM B .3/2.16 4paM

(设 计 /验表压 试 )25°C/0250°C 油(/原油) 0.气08/6.0019 0PMa 油(气/ 原 油)186 116×3×0176

0

6表

缠

管绕换热器式板壳与式热换经器济性比

较较项 换热面比积 m(2 )换热系 (W m数 K1) 台1数材质 总 重量(kg 单)台形外寸 (m尺 (外壳)直 径 ×长度 )设备 总造价 (元万) 缠 管绕 101 5287 台1304 1L9070 .14×10148 板式 49壳2 119 28 串台 联316 44L80 0.91×. 441

技术参数比较

0

B IU4010-40/4.0-.405备型设号6/25- 2备台数 设台 操4作方式并联 台设备单净 重8 2t换热管 /材质板T i备投设资( 台4 2)22.88 万元 MBR4. 05/0. Mp 原油a耐压性侧 能(计设 /验试表压 )205C/22°°C0设计温度 (油气/原油 ) .00860/.002 5PMa压降 ( 油气 原/油 ) 外尺型 寸DN401×7600

0表7

电厂油重换器热计设参数

参数名称热 重油侧 6281012 0/50 /液液 2.750 1.9 ×401 6900/0090.137/0.1 5 22.041./68 500.491/0.51冷 侧冷 水却 11583933 /05液 / 0液. 8051 .9×416 993098/ 076.1/2.0644 .4218/4.23 0.2749×0310./5741×30

表

5

低甲温洗醇工况计参设

数参名数 流称体名称流量 (kg /h )进/ 出口度温( C)°进 / 出口 相态 进口力压( PMa )侧热贫 甲醇3 46104 3599./7.14 液7 液 0/.3 4052. 1×01

6

侧 冷甲醇富 4110295 056/.048.2 液 液/ .8 41502. ×1160 25.9/9741.60.2198/ .0132 3.226912/.229 0.908310/.414

流体

名称流量 kg/()h进 / 出口温 度 °(C 进 /)出口 态 相进口压力(M Pa) 大最许允压降 力kP() a热荷 负(W) 密度 kg/m3 ) 导热(系 (数 mW1 K1 )热比 (kJ 容gk1 K1 动)力黏系性 数Pa(s )

最

允大压许降力 (Pa) k负热荷(W) 密 度(g/mk ) 导3系数 热(Wm1 K )1 热容比 k(J gk1K1) 力动性系黏数(Pa s)

表

8

壳式管与板式壳经济比较

比较项 性换面热 积m(2 换)系数 热W m(2K1) 台 数材 质总重量(k g) 单外台尺寸形( m )外壳(径直 长× )度 备设造总 价万元 ()管 壳式13 5 4783.2 台串 联03L43 400 1.03×.06 100 壳板式215 7 2.92. 1台33 16 20L03 0.4×2.7 00

5782.8885/.1 02.07/02.2082 2.62772/24.1 04016/..020

1于

温度范围00°2C~009°,C压 力范 围0~20 MP a的 况 , 工低温在醇洗产甲具业替代有缠管绕换热器潜 力.的 对表 给定5设计的况,工进 行种两换器热方案 的比对 ,比结对见果表6 示. 所通对过发现,比 在该工况,下圆 板形式换热器 的与缠壳绕管换热器式比换相热数大大系高提 同时 减,设备轻量重 ,省节积体

4...42

福建

合石联油化工有公司限1 0 万4/吨年芳 联合烃置重整装进料热器换

.4.23

火力电发厂油加重器

热重

加油器热对燃油在料烧燃前的行加进温, 其在使高 温(150C~°50°C)1 降下燃低油的黏稠料度 促 ,充分进化雾烧燃等作用 ,最终 达节约能到源目的的. 目重前加热器主油要用管采壳式换热 器 ,阻热主要在油侧. 对 7表 给定的计设工况行管进壳与式圆

形板壳式 方案的比对,对 结果见表 比8 示所.1

082

福建合石联化油有工公司限连重整装续置是 建炼福油乙烯项芳烃目联装合置非常重中要组的成部 分, 以馏直石脑重 , 油氢加裂重化油石为原 料 经,过预 加和氢整反应 重 为,下二甲游分馏苯装提置供混

合 C6 芳烃 , 同副时产气氢 ,烷戊,液 化等. 气建联

合福油化石有工限公司 ,中国石 工化建设公司程甘 及肃科蓝化石高装新备份股有限公联司研合制发了 方造板形板片壳式换热 .器 板壳式换热器该与壳式管换 热的性能比器较表 9如.

中科学国 :技科术学

2031年

第 34 卷

第

9

期9

表

管壳式与板壳经式性济较

型比 式管壳式热器换9 125 0.0 330×28.450 板壳 换式器 热39.5 2.26 113631 .5×193.3 91

回收8热 量(W) M多收热量回(M )W节省燃 (料/年t )台 数台单备设尺寸(m) 外(直壳 × 径度 长)设备 重量( t)

板壳式投

资2130 元, 相比管壳万节式设省备投 1资226万元 ; 比进相板壳口式节省投资 2410万 元 .相比 管壳, 式多可回能收, 节量省燃费料 08 万元0/年.

5

传

流动技术热究研

焊接全式板热换器板是式热换器一种 的 ,传其热流 特动与传性统板的式换器热无差并 . 板别式换热器 的传热流研究成动果以可应用于焊全板式接 热器换. 年来近式板换器在热热传流性能方动得到面了广 研究 泛 ,究研要有主验实研和究数值拟模两 手段, 种两者相补互充 相得益彰.,

51.

验实研

究实验

研是究热传研学究一种基的本方式[2 ~703.] 内国近外来年板对换方的面究主要研有:单 传 热[3相~331], 腾[沸22 ,43~3]6 ,冷凝37[~9], 3壳式板热换器相的变换 热 40,[4 ],1 合工质的混蒸发[42], 气两水相流 [ 34, ]板式发蒸器微纳强化米面表相换变热[ 44,4 ],5流动 布 置式方[ 6] 4等. 板 换热式器的相单流实动已验比成较熟, 有多的文较献可参以,考板 单相式对流热传与压 降主跟要何结几构( 波纹 角, 征特度 长 )和流体性物 关. Li 有等[人4]详细1结总近了年关来于板式热器换单相换 热公式.A yb[u74给出]从 了190~60200年板 式换热 单器换相热具有表性的 30代 余个验关联式经 .板 式换热的器验实究研热点和难为点相变热换多相流、 高、度介黏、质合混质等复工流动杂换. 热板换式器相变换热的热研究文献年来近增很 快长 ,但是并 不系 ,统 面 . 由全相变机于理两相流传 和的复热性, 严格杂的理论推导难度较. 相大管内两比 流的流相形态分类诸如雾动流状 环、状流 、状块流),等 板换通内的道动流态更状加变, 多更具随有机性.对 于内板流沸体腾热换 , 从质上揭本其机理难度示

相较大对, 方这面的究无研国内论还是国外处都刚于 刚步起48[. 板内]腾沸热的关换联多式是基于水, 氟

利 昂, 氨工质等得出 ,推到其广工质时 ,他误 较差大 .响蒸发影换的热因素很 ,多诸如 热密度 流 质量,密 度 干度, 压,, 力介属性, 传热质表几何面结构.等近 来 年 具,微有纳强米表化面的式蒸板器发 也引起了究的研广泛关注.Hilli s和 Th oams 49[在] Hwaai i的海洋能热转化系 统(OET) C中, 测试覆有了德林公 高司量通表的面板式热器换 . 用采水氨为制冷作剂, 实 验现发在热密流度 为2 6W/km2 时 ,板沸腾的换热 数系到 30 kW达 m2 K1 ,光滑比面提平了高近5 倍 .atsMuhmi 和a chiUa[d5]0究具有锥研形构结强化面表的钎 焊式换热板 ,器锥形结 构的度高为 15. mm,采 用R22 工质 ,发现板 沸腾换侧热数是系通普板的1.5~ 2 .倍Lo ngo等人 [44研究]十字槽了C(rossGrooved-)和粗糙 表面(oRughnedeS rfaue)c构结两种化强表面结构对 板式热换蒸器发 ,凝冷工况影. 采用 响22 作R为 质 ,工研究发 现字槽十面表对化沸腾和强结都凝 是有的益 ,蒸侧换发热系增加了 数0%~340,%冷 侧 凝增换加系热数6 %; 0而粗表面糙仅蒸发有对益,增 加换系数 30热~40%. Mül%lerS-teinahegn5[1采用]空电 镀真式方在板换式器热面表有厚度覆为 205µm 的 铬 镍铁金,合 其颗的粒径直10 5~71 µm0, 用 采R143a工质, 现沸发换腾热系增数多达 加010.% urFberg 等[45]采 人了波用板纹表片带有微面纳多孔米构结板式换热 的器行了实验进 实,结果表明带强化表面的 验134aR 通道的内换热系增加了近数 0 1倍 ,台整换器的换热热系数提 高超 10过%0.这 些文研究献论表结微纳米明 强表面在提化板式蒸发器升腾传热性沸上能潜的 力, 是但这方的面研工究不作面,全 乏缺系性,统有必 进行要广泛,更 深入的究研 板.式换热内器冷凝传的热流分形两类: 重 流 力gra(ityv-oncrtollde fol)w 和 剪 流切 s(haerc-notroled lfowl).重力流中液 会相沿重力向与气方相离分 ,剪 切 流中液与气相相相混互合[52 .] 式冷凝器中蒸板汽 流速的, 高凝液膜结受到气流剪力的切用,作用于求 沿竖壁解状膜凝的冷赛努分尔解不析求解能板冷式 凝中的器蒸汽凝传结热特 . 性于由式冷凝板的复器杂 流道结的构 使得,其的中汽流动蒸结凝过很复程杂 , 影其响素有因汽蒸速 ,流蒸 汽度,干 汽压力蒸 、汽蒸冷与介却质相的流动方对等向. 板式换热器复

0291

栾

宝等辉 :焊全接式换热器板展综发述

杂的

动流道 ,通无 同法内管动流样一似近分地流 动状态 , 目前出对针式板换热器态流的相研究较少关. 于剪由切流重与力之流的过渡间态难流规以 ,定 不同的验关联式经计结果算异差较大 . 冷凝验中不 可试免避受地凝结不气体影的 ,响其 换热对测试准的 确性 影 响 可不 忽 . 美 国略 热传 研 究 公司 (THR) I在 THI R

软件采用如下中义的参数来定似近判断体形流态 53[]

 1  y   1Cgc D eg v  l  v  , Gc   y 

0.

(51)

其中

Ccg代 重力表剪与切的比值.力G c通 道量流质,速 De为当 直径量 g ,重力为速度加 ,l 液为密相度 v, 为气 密度, 相y为干 .度 gC 较小时c 代表,剪流起切要主 作, 用采用剪应流切计算公式 ;gCc 较时,大 表代力 重流起主作要, 应用用采力重流算公式.计

万,

模 结拟果图见14 b)( 以.圆板形为例 片 ,值数拟的结模果实与结验 的对比见图果 51,可以看 到在宽的 R较e 范围内无相数变工况 误在差15% 以 内 .次本模拟未并板对片结 进构简行, 采化用Soli dw-rk 建o, 在模I CE 中M进行网 划分格 .着随算计机发的,展可以 预在不测的久将来更 尺大板寸片、 片组板及以整换台器的数热模值都拟将会 现. 对实相变于热, 目前有换学在者 FLUNE 添T加 含沸包模腾型[16的 ]UF 函数D模来管内拟腾[62],沸 于 定性用析 分 ,用于定不计算量. Lee[6]3 来近采用商软 业 F件UENL T结合自程编序,模拟了两竖直 平间板 膜的凝结 状. 而于板式对热换器部内相的换热模拟 变究研较少

.

5.2

值模数研究拟

数值

模研拟究[ 54~58不仅]以得可换到器的热均平传 热系,数而 可且以得到部局热系数传,为结 构优 化提借鉴供义 , 节约成本意 ,时省省力. 数值 拟模不 开离验研实究 , 值数算计准确性往的往需也要通过与必 的实要结果做验比较能才确认 .hBttau等人 5[6]结总了计 流算力体(CFD学 在)热换器拟模中的用应.CFD 用多单相于热模换. 拟对板式换于器热流内动热的换数模拟, 值iofalo C等人[ 5] 对于9纹板片波构成的动流道通 , 单从小个 单元 (Uniatr cyell 进)行模 拟, 到与得验实吻的合结果 Z.ang h 和Che[06]研通究研究不过形同状小的元单 , 到得较优为化几的何结 . Ka构nrias等 人[61]分 别对化 简板片进的行了片整值模数.拟随着 级超计机的算展 , 发值数拟能模模拟的 够片尺寸板来越越大 .文本对拆可焊式和圆形板全 式换壳通热进行了道数值模拟.采 用I CME软件进 网行 格分, 划采 F用ULNTE软 进件行值数拟模. 以可全 拆焊板机换热器式例为 ,片板尺寸 为30 m0×m03 mm0 如( 1图3()),a波纹 度为 10深mm, 波纹宽度为 15 m , 采用非m构结化格,网 格数量网是 340 万, 0模拟果 见图 结13(b). 以圆板形片板式壳换器热为例 板,片 直径为450 mm 见图 (4(1)a),波纹 深为度4 .2m ,m波 纹宽 为度 9 m, 采m用结非化网构, 网格数格为量3 00

12003

13图

边

30长 0m m方板的道通内模拟果结

(a) 板片几

何结构 ;( ) b线流图 (色标识温度颜值 )

中

科国学:技术 学科

2130年

第 4 卷3

第

9期

图1

5数值拟结模果实与结验果比对 1(5%误棒 差)

图1

4直径 45 m0m 圆的通道内板动模流拟果

(a结) 板几何结构片 ; ()b流 图线( 色标颜识温值 )度

6

结论

文对本焊接板全式换器的近期热发进展行总了

结,

得 以下出结. 1论 全焊)板接换式器种热类很 ,多采 单用标一准对其 进分行类较困难 .比该类产品在 外国展发相对成熟 在国,处于成内长.期生 制造工产和艺设选计型能力是制 全焊接约式板热换器国化产的键关问.题 )2 通对石过 ,化电厂等 典工型况比较 的,可 以 发全现接板式换热器传焊热系数高 ,量重轻 体积,小 可回收更多,能的.量3) 板式热换的传器流热动象要比管现内的杂 复 管内.流的动关相究研能不直应用于接换板通内道 . 相、变多相等流况工目前多是过通验实来行进研 究 具有微.米强纳化面的表式换板器能够大热度提幅高换 热性器,能 得深入研值究与讨探 板式.换热器数的 模值,拟在较 的宽R e 范围内数,无相变工况 下模 的结拟与果实验结果差在误 15%内.以4 随着)国家能减排政策的进节步一入深, 工业 对高换效热器的需越来求越, 同时随着多国产化品 产的出现,设 备资的投成本将进一步低降,相 信在久 不将来的, 全接焊板式热器换市场份额的越会来越大.

参

文考

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0

011

3

辉宝栾等 全焊接板式:热换器发综展述

8

910 1112 13 411 51617 18 19 2 0 1 22 23 24 22526 2 728 2 930 1 33233 34 35 3 37 386 3 904 14 424 34 454

董其伍

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.032

1中国

学科 技术:科学

2

130年

第

4 3卷

第9期

4 67 48 4495 0 5 521 3554 5 55 67 558 5 90 661 266 64

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