提高管壳式换热器传热性能的研究

　　1概述在我厂设备中有各种类型和结构的换热器，例如管壳式换热器肋片管式换热器板翅式换热器和板式换热器等。从理论上讲，个良好的换热器应具备传热效率高结构紧凑易清洗检修并能承受定压力和温度等条件，但是实际上每种换热器只能部分的满足上述要求，都各有其突出的优点和缺点，因此，在生产管理中，全面合理评价换热器业十分关注的问。管壳式换热器适应性强应用广泛，本文浅显的介绍提它的传热性能的理论和方法。

　　2提高换热器换热性能的意义提换热器的换热性能，在设计和制造方面可以节省投资并减小设备尺寸，在生产运行中可以达到节能降耗和设备安全稳定运转的目标。例如，当压缩机要获得较高压力时，为了节省功率消耗，避免压缩终了时气体温度过高，以及使压缩机后面几级压力不致过分降低，常常将气体压到某压力后，先引到冷却器中进行冷却，降低气温之后再继续压缩，如果中间冷却器冷却效果不好，每增加3，使下级的功耗增加1.再譬如，在压缩机油冷却器中，油冷却器的冷却效果，直接影响润滑油的温度。

　　压缩机的轴承增速器的齿轮及轴承以及连轴器和电机的轴承等，均需用油来润滑和冷却，油路系统义，润滑油的温度过会造成润滑油的粘度下降，使其失去润滑作用并造成积炭，威胁压缩机的安全运行。

　　3换热性能评价的原理3.1堆强传热的基本途径3.1.1扩展传热面积扩展传热面积来增强传热，是合理的提设备单位体积的传热面积，而不是单纯的扩大设备体积增加传热面积或增加设备台数，而应是从研究如何改进传热面结构出发加大传热面积，己达到换热设备效紧凑的目的。

　　3.1.2加大传热温差改变热流体或冷流体的温度就能改变传热温差，另方面，换热器中两种流体之间的平均温差还与流体流动方式有关，当两种流体以同方向流动顺流时，其平均温差比起者以相对方向流动时逆流时的平均温差要小，因此换热器要尽可能采用逆流的流动方式。增加传热温差有时要受到工艺或设备条件的限制。

　　3.1.3提高传热系数设法提高传热系数是增强传热的积极措施。因为传热过程总热阻是各项热阻的叠加，因此要改变传热系数就必须分析传热过程的每项热阻。在换热设备中，般都是金，薄壁两侧的冷热流体进行对流换热，金属薄壁导热热阻常可略去不计，则传热系数可写成下式传热系数，2金属薄壁两侧流体的对流换热系数从1式中可，因为，2的值都是大于1的数值，所以，1值比012的值都要小，那么在加大传热系数时，应加大哪侧的换热系数更有效呢，这只要将K对a和a2分别求偏导，就可得出明确的答案。如设，2，或，1增长率大倍。显然在这种情况下，在对流换热系数较小侧增强传热有效。

　　4增强传热的方法提高传热系数是增强传热的积极措施。传热系数民的大小直接受对流换热系数，2的影响，影响对流换热强弱的主要因素是流体的流动状态物性和换热面的形状及尺寸等。因此，增强传热的关键针对传热过程热阻较大，的换热系数，采取如加强扰动加入添加剂加肋等措施来增大换热系数。管壳式换热器常采用增强传热的方法4.1改变流体的流动情况，加流速，加流速可改变流动状态，提高紊流脉动程度。管壳式换热器中管程壳程的分程就可以加大流速。增加流程长度和扰度。选择管程数时，在保持允许压降及避免管材腐蚀的情况下，增加流速。

　　管外各管间常设置些圆缺型的挡板，挡板的作用能提高流速，使流体充分流经全部管面。改善流体对管子的冲刷角度，以增强换热器管壳侧的换热系数；增加流速对增强传热能收到显著的效果。但增加流速要使流动阻力增加，权衡两种因素，选择佳的流速。

　　4.2改变换热面形状和大小为增大换热系数，管壳式换热器的管子亦可采用各种异形管和使用加肋片的管和低嫘纹翅片管，低，纹翅片管是由厚壁管子通过轧制而成。翅片的外面积较相同外径的光滑管大2.54.8倍，管子两端没有翅片，就使管子与管板的连接和普通管样。

　　管壁两，的流体对流换热系数相差35倍时，适合采用低螺纹翅片管或低肋片管。但实际上，管壁两侧的流体对流换热系数大于这个范围，用它也能收到良好的效果。

　　当两侧对流换热系数相差10倍以上。从理论上。管子可以加较高的肋片，但加肋后流动阻力增加，易结垢，又不便于清洗，换热效果有时不好，因此，高肋片的管要慎重选择，尽童不选。如空压机的中间冷却器中用水冷却压缩空气，因为空气与壁面间的，值在60琢化2飞。范围内，而水与壁面1值在200，12000，飞。范围内，因为水和空气的，值相差悬殊，特别适合，值小的侧，即空气侧进行加强换热。如包钢氧气厂十年代建成的2口121008型活塞式压缩机的中间空气冷却器采用的是加肋片的换热器，水走管内部，管外部加肋片，空气走管外部和肋片间，运行初期，换热器的换热性能好，冷却后的空气温度低，空压机运行稳定效率高，但运行段时间后，空气因活塞压缩机的生产工艺需向空气中喷油润滑汽缸，使空气中含有油雾，空气中的油雾经冷却附着在肋片上和管外部，运行时间长了。形成油垢层，增加了管子和肋片的导热热阻，使冷却效果逐步下降，空气的温度达不到设计温度，空气温度较高，致使空气中油的氢化物因温度高炭化，造成肋片间积炭，形成较厚的阻垢层，换热效果不好造成空气温度，引起温度高炭化，碳化温度更高的恶性循环。

　　修时，因肋片高类片间缝隙又较小，垢的附着力较强，没有适合的方法彻底清洗，后期，导致肋片之间有小部分阻塞，空气短路，冷却后的空气温度远高于设计温度，影响空压机的安全稳定运行。因此，除了考虑强化冷却器的传热性能，还要综合考虑生产工艺的实际情况对冷热介质性能的影响，才能做好换热器的设计和选型工作。

　　4.3换热器的定期清洗可以提换热系数民尽管金属壁的导热热阻可以忽略，但实际设备中，当换热器运行段时间后，壁上常附有污垢层，厚度虽不大但其导热系数很小，也会产生较大的导热热阻，这对增强传热十分不利。例如1水垢层相当于4钢板的热阻，1烟渣层相当于400钢板的热阻。故传热面要经常，洗，去除污垢，以免传热系数的下降。在工业换热器的设计中，应考虑污垢产生的热阻。对于己在使用的换热器，由于其结构形式己确定，不可能通过以上的方法强化其换热。只能在其日常维护和管理方面多做工作，即采用合理的方法和合适的周期清洗冷却器。

　　4.3.1机械清洗喷水清洗是用高压水喷射或机械冲击的除垢方法。采用这种方法，水压般为200500公斤厘米2.喷水清洗法对化学清洗法不能除去的炭化物污垢或硬质垢的清除非常有效，但清洗换热器时，须将设备解体。这对固定管板换热器壳程就不能清洗。喷水清洗的优点是钢材损耗微小。

　　喷丸，洗喷丸清洗器是由海绵球喷丸和将球推进需清洗的管内的流体喷枪组成，总称为喷丸清洗器。由于流体压力将球推入管内，球受流体的反压力，借助海绵体的弹力，对管内壁施加挤压力。由于反压力，此挤压力增大，能很好地削掉污垢，且从球和管内壁间隙出来的流体以射喷流喷出，研削效果很好，同时污垢沿前方排出，具有机械研削和喷射，洗的优点。

　　4.3.2化学清洗化学清洗常可不拆开设备；化学清洗能清洗到机械清洗不能，洗到的地方，无论管程或壳程均能进行清洗；化学清洗均匀致，微小的间隙均能洗到，不会剩下沉积的颗粒，形成新垢的核心；化学，洗可避免金属面的损伤，如形成尖角。这种尖角能促进腐蚀，并在其附近形成污垢；由于进行了防锈或钝化处理，清洗后可以防止生锈；化学清洗时钢材腐蚀率取1毫克厘米2损伤的壁厚也只在微米以下，而且般比这个腐蚀率还低。

　　4.3.3酸洗和碱洗近年来发展了清洗换热器的新材料和新方法。

　　如有机酸和整合剂等新材料，而新方法包括这些材料的应用方法，如PH值的控制及金属钝化等。其优点为操作安全，并可避免严重腐蚀。缺点为费用高，温度高，时间长。乙胺醋酸用于润滑油系统合适。关于碱洗，有两种方式；为单独采用碱性洗涤剂进行，洗，目的在于除去能溶解于碱性溶液中的污垢。为在酸洗或其他方法进行清洗之后，用，进行综合纯化。常使用的洗涤剂为苛性钠炭酸钠磷酸钠等。

　　4.3.4在线清洗在线，洗或不停车，洗是指工艺装置在运转中，将换热器组列中某个进行，洗。这样就避免了装置全部停车，从而使换热器组列能够高效运行和延长运转周期。

　　5结论我厂主要耗能设备压缩机组中冷却器数置较多，提高换热器的传热性能，即提高了冷却器的冷却效果，可以提高压缩机的效率和运行周期，降低能耗，清洗冷却器是我厂设备检修工作中重要的任务，因此，选择好的冷却器的，洗方法也是十分必要的。随着科技的发展和管理的进步，选用经济合理的换热器和高效的清洗方法是可以实现的。

　　1黄鸿麻，李修轮。，热器。烃加工出版社，1988