管式換熱器是國內(nèi)外工業(yè)換熱器設(shè)備中的基本結(jié)構(gòu)形式,近年來隨著石油化工動力、冶金、輕工及原子能等行業(yè)的發(fā)展,迫切需要提供效率高、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、操作彈性大的換熱設(shè)備。因此,如何采取有效措施以改進管式換熱器管內(nèi)換熱弱的問題越來越引起人們的重視,其中絲狀繞花內(nèi)插元件管式換熱器就是一項具有廣闊前景的強化換熱新技術(shù)。通過對換熱器傳熱系靈敏、流阻性能的試驗研究及工業(yè)實際應(yīng)用,表明這項技術(shù)是強化管內(nèi)換熱,提高傳熱效率行之有效的方法。2絲狀繞花內(nèi)插元件的結(jié)構(gòu)

　　絲狀繞花內(nèi)插元件是由金屬絲按設(shè)計的最佳尺寸用專門的特殊工藝制成的一種繞花狀元件,緊貼管內(nèi)壁插入管中,使換熱管內(nèi)工作流體在低充速下產(chǎn)生螺旋流與徑向流相疊加的復(fù)雜三維流動,在低流速下(Re< 200) ,增強管內(nèi)特別是沿徑向(即溫度梯度最大的方向)的擾動,并提前(相對于光管)誘發(fā)湍流。

　　普通換熱管中貼近管壁處總有滯流邊界層存在,邊界層內(nèi)的流體溫度接近管外流體的溫度,換熱管心部流體的溫度將低于管壁處流體的溫度,導(dǎo)致熱阻大,傳熱效率低。在換熱管內(nèi)插入這種絲狀繞花元件后,可連續(xù)地驅(qū)散流體主體,并與邊界層脫下的流體進行混合,使整個換熱器的流體處于等溫狀態(tài),降低了邊界層的熱阻,提高了管內(nèi)流體的換熱系數(shù),從而提高了整個換熱器的傳熱量及熱能利用率。因此,它是一項綜合強化換熱的技術(shù),給換熱器制造業(yè)和設(shè)計者提供了一條合理的阻力損耗下大大強化管內(nèi)換熱的新途徑。

　　該技術(shù)的內(nèi)插元件選材范圍大,根據(jù)流體的性質(zhì),選用鋼絲、銅絲、鉛絲、不銹鋼絲等。該技術(shù)的工藝簡單、加工容易,如:繞花線圈組數(shù)、線圈螺距、繞花螺距等結(jié)構(gòu)參數(shù)均可根據(jù)需要設(shè)計并繞制成相應(yīng)的形狀。管用于任何管長及4～250mm間的任何管徑,既可用來改造老設(shè)備,也可用來設(shè)計、制造新?lián)Q熱設(shè)備。應(yīng)用面廣,操作彈性大,尤其適用于介質(zhì)粘度高的工況條件,如:蒸汽加熱焦油、空冷水冷潤滑油、原油預(yù)熱、液壓油冷卻等。

　　吉林省四平九圓熱交換設(shè)備制造公司引進了國外這一先進技術(shù),自行設(shè)計制造了這種新型高效換熱設(shè)備,并通過機械電子工業(yè)部換熱器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心的測試,其性能試驗報告結(jié)果表明: G400絲狀繞花內(nèi)插元件管式換熱器在水-水換熱的情況下,管內(nèi)流體流速在1m/s時,傳熱系數(shù)可達2190W /m 2℃,流體阻力管程Ph= 0.071M Pa。與普通光管換熱器比較,在傳遞熱量相同,并且在流體泵輸送功率消耗相同的條件下,傳熱系數(shù)提高20%～60% ,可以少用傳熱面積15%～45%。3絲狀繞花內(nèi)插元件管式換熱器的應(yīng)用

　　1993年根據(jù)遼寧省鐵嶺市熱力公司提供的工況參數(shù)和技術(shù)要求,四平九圓熱交換設(shè)備制造公司進行了合理的工藝計算及設(shè)備優(yōu)化設(shè)計,確定出了設(shè)備合理的工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。試制成功了一臺140m 2的管內(nèi)強化管式換熱器,其繞花絲采用了不銹鋼絲材料,并用專門的工裝設(shè)備繞制成線圈螺距8mm、繞花螺距64mm的絲狀繞花內(nèi)插元件,插入直徑19mm的銅質(zhì)外螺紋換熱管中。在汽-水換熱的情況下,連續(xù)而穩(wěn)定地強化傳熱,保證了8×104m 2采暖面積的供暖,每1m 2傳熱面積可帶570m 2采暖面積,與板式換熱器能力相當(dāng)。其運行阻力不超過011M Pa,經(jīng)過兩個采暖期的實際運行,效果非常理想。

　　技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果表明,若該公司四個換熱站, 24×104m 2采暖面積均改由此種設(shè)備供暖,僅蒸汽一項每年就可節(jié)省216×104 t, 1t蒸汽按42元計,每年可節(jié)約開支10912萬元,如計及節(jié)水、節(jié)電的費用,其經(jīng)濟效益是相當(dāng)可觀的。

　　絲狀繞花內(nèi)插元件管式換熱器另一個顯著特點是抗污垢能力優(yōu)于普通光滑管。鐵嶺熱力公司使用的該設(shè)備運行兩年后拆開檢查,發(fā)現(xiàn)污垢很少,不銹鋼金屬繞花基本完好,傳熱性能一直不變,原因是加入了這種管內(nèi)強化元件,管壁面的粗糙度增加,流體擾動度增大,不僅降低了邊界層的熱阻,也減輕了管內(nèi)污垢附著和沉積的可能。4結(jié)語

　　實驗結(jié)果及工業(yè)應(yīng)用實例表明:絲狀繞花內(nèi)插元件管式換熱器利用了板式換熱器的流動與傳熱特性,大大強化了傳熱效果。克服了常規(guī)管式換熱器的主要缺點,保留了其耐高溫高壓、適用范圍廣的優(yōu)點。不僅可以大幅度降低設(shè)備一次性投資,節(jié)省操作費用,而且可以大量地減少動力消耗,節(jié)約能源。