纏繞管換熱器的特點(diǎn)

纏繞管式換熱器用作氮?dú)庖夯鞯蜏負(fù)Q熱器是其自身的特點(diǎn)決定的:

1、管內(nèi)介質(zhì)以螺旋方式流動(dòng),殼程介質(zhì)逆流橫向交叉通過繞管,換熱器層與層之間換熱管反向纏繞,管、殼程介質(zhì)以純逆流方式進(jìn)行傳熱,即使在較低的雷諾數(shù)下其流動(dòng)形態(tài)也為湍流,換熱系數(shù)較高;

2、多種介質(zhì)共存于一臺(tái)纏繞管式換熱器進(jìn)行傳熱時(shí),由于其傳熱元件為圓管,纏繞管式換熱器對(duì)不同介質(zhì)之間的壓差和溫  差限制要求較小,降低了生產(chǎn)裝置的操作難度,提高了設(shè)備的安全性;

3、結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補(bǔ)償;

4、易實(shí)現(xiàn)大型LNG液化作業(yè)。               

      美國空氣產(chǎn)品化學(xué)工程公司( air product s)是LNG領(lǐng)域SWHE的供貨商,在1977～2008 年間,為79 套LN G 裝置(其液化能力累計(jì)達(dá)到2. 3 ×108 t/ a)生產(chǎn)了纏繞管式換熱器。德國林德(Linde) 公司在近5 年內(nèi)一共生產(chǎn)了累計(jì)金屬重量達(dá)到3 120 t的多股流纏繞管式換熱器應(yīng)用于LN G工廠。纏繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)主要有:  

（1）.結(jié)構(gòu):纏繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)和工藝條件緊密聯(lián)系在一起,合理分配液化段和過冷段的熱負(fù)荷,使液化段和過冷段相對(duì)協(xié)調(diào);結(jié)合特大型換熱器的載荷分配以及換熱管相對(duì)較軟的特性,采用足夠剛度的中心筒,從設(shè)計(jì)上保證纏繞的均勻性。組合設(shè)計(jì)技術(shù)的充分應(yīng)用使“冷塔”結(jié)構(gòu)合理;管殼程及物料進(jìn)出口位置的合理選擇,使流體的分布更均勻;多管板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

（2）.材料:由于大型氮?dú)?液化工廠的熱負(fù)荷都是數(shù)十乃至數(shù)百兆瓦級(jí)的,再加上低溫要求,目前適用的材料只有兩種:奧氏體不銹鋼和鋁合金。換熱面積2×104  以下的纏繞管式換熱器換熱管還可以考慮采用薄壁奧氏體不銹鋼材料,2 ×104  以上的纏繞管式換熱器換熱管基本采用鋁合金材料。全奧氏體不銹鋼材料的纏繞管式換熱器制造起來相對(duì)簡(jiǎn)單,若換熱管采用鋁鎂合金管則面臨著幾個(gè)問題: ①超長(zhǎng)型鋁鎂合金換熱管的國產(chǎn)化; ②換熱器其他受壓元件的選材及其與換熱管的適應(yīng)性; ③管板的復(fù)合技術(shù)研究,在常溫下成形后復(fù)合管板的低溫機(jī)械性能研究以及管板過渡層材料厚度的研究; ④精密沖壓內(nèi)件的成型技術(shù)研究,保證對(duì)換熱管的零損傷。

換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算

      在設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換器時(shí)，從收集原始資料開始，到正式繪出圖紙為止，需要進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算工作，這種計(jì)算一般包括下列幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1.熱計(jì)算根據(jù)給出的具體條件，例如熱交換器的類型，流體的進(jìn)、出口溫度，壓力，它們的物理化學(xué)性質(zhì)，在傳熱過程中有無相變等等，求出熱交換器的傳熱系數(shù)，進(jìn)而算出傳熱面積的大小。

2.結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)傳熱面積的大小計(jì)算熱交換器主要部件和構(gòu)件的尺寸，例如管子的直徑、長(zhǎng)度、根數(shù)，殼體的直徑，縱向隔板和折流板的尺寸和數(shù)目，分程隔板的數(shù)目和布置，以及連接管尺寸等等。

3.流動(dòng)阻力計(jì)算進(jìn)行流動(dòng)阻力計(jì)算的目的在于為選擇泵或風(fēng)機(jī)提供依據(jù)或者核算其壓降是否在限定的范圍之內(nèi)。當(dāng)壓降超過允許的數(shù)值時(shí)，則必須改變熱交換器的某些尺寸，或者改變流速等。

4.強(qiáng)度計(jì)算熱交換器各部件尤其是受壓部件（如殼體）的應(yīng)力大小，檢查其強(qiáng)度是否在允許范圍內(nèi)，對(duì)于在高溫高壓下工作的熱交換器，更不能忽視這一步。

5.在熱交換器向著大型化發(fā)展并對(duì)傳熱進(jìn)行強(qiáng)化的情況下，有可能因流體的流速過高而引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至可使整個(gè)熱交換器遭到破壞。因而在設(shè)計(jì)熱交換器時(shí)，還必須對(duì)其振動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)或校核，判斷有無產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的可能，以便采取相應(yīng)的減振措施，保證安全運(yùn)行。

纏繞管式換熱器具體計(jì)算內(nèi)容

      對(duì)于纏繞管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算過程主要有以下幾部分組成：

1.根據(jù)工藝流程圖進(jìn)行介質(zhì)參數(shù)的確定;  

2.通過查詢NIST程序確定各介質(zhì)的性能參數(shù)及不同壓力狀態(tài)下各介質(zhì)的狀態(tài);  

3.根據(jù)各級(jí)吸熱和放熱平衡求出各級(jí)介質(zhì)的質(zhì)流量和制冷量;  

4.求出換熱器對(duì)外換熱的散熱量并進(jìn)行質(zhì)流量校核;  

5.確定換熱系數(shù)，換熱面積和所需的纏繞管束個(gè)數(shù);  

6.對(duì)管束進(jìn)行布置和排列,并求出各管束的壓力降損失;  

7.進(jìn)行外殼的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核驗(yàn)證。

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