不同凡响的发夹式换热器

发夹式换热器的优势介绍

文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:112 发布时间:2018-08-09
使用发夹式换热器,用户能获得更高的传热系数、更低的压降损耗,并减少设备的投资费用。
不同凡响的发夹式换热器

发夹式换热器简单地说是一个单程的管壳式换热器,在中间被折弯成发夹的形状。传统的管壳式换热器只能实现部分逆流,即在一个双管程的换热器中,只有一个管程是逆流,发夹式换热器的首要技术优势是可实现纯逆流。传统的管壳式换热器往往体积庞大,相对于同等效能的发夹式换热器,其设备投资也更加昂贵。为了更好理解流体的流动方式,下图1描述了发夹式换热器的流体流动模式,图2是传统的U型管换热器。发夹式换热器本身固有的高效传热特点,使它在流程工业得到广泛使用。

传统的管壳式换热器已经在流程工业使用数十载,其优越性能为人称道。管壳式换热器相比较于其它形式换热器,其优点在于适应更宽范围的压力与温度组合,制造工艺相对简单。大多数标准,例如AD2000、EN、ASME以及 GB 151对于设计和制造均有详细描述,对于传统管壳式换热器的大量技术研究,确保了在不同国家/区域合规的一致性和使用的安全性。

尽管如此,传统式管壳式换热器在提供了机械优势的同时,其本身固有的缺点通常会导致传热效果降低。为了从传统管壳式换热器获取尽可能最大的传热效果,常用的有效的做法是多管程设置,不过这也会带来并流和逆流同时存在。也就是说,只有一半管程可以实现逆流,另外一半是并流,并流的存在会严重影响最终的传热系数,使得设计效能低下。TEMA(管式换热器制造商协会)的“F” 型壳程结构,用轴向的折流板把壳程分为两半,在一定程度上有助于减少并流,但是这种结构制造成本较高,同时轴向折流板密封老化以后会产生旁路泄露。这最终会导致运行效率低下,运行成本增加,车间不得不频繁停车以维修故障。

发夹式换热器的流体流动模式

发夹式换热器的流体流动模式

发夹式换热器的流体流动模式

U型管换热器的流体流动模式

相比而言,发夹式换热器结合了传统管壳式换热器的机械性能优势,同时具有纯逆流的特点。发夹式换热器可以按照国内标准和国际标准制造,满足更高的机械完整性和“弹性”,即使在最不利的压力和温度组合工况下,也无需膨胀节。发夹式换热器U型管的大弯曲半径能够承载更高的热膨胀,由于其更高的传热效率,到达同样的换热功效,外形壳体可以做的更小,换热管数量更少,因此这不光降低了制造成本,且更适用于高压的工况。

下面以一家美国的氢气装置为例,对比分析发夹式换热器的高效传热性能:

模拟计算结果由ING-Technik公司的换热器计算软件得出,该软件已经实现了商业化的应用。读者可以比较发夹式换热器和TEMA(BEU)型换热器结构参数的差别。

发夹式的壳程压降基于发夹式与TEMA(BEU)同样的进出口尺寸以保持同样的计算输入,在实际的计算中,管口尺寸会优化,发夹式的进出口会更小,这样压降会更低。允许的压降是2 psi,因此发夹式的设计可满足条件。

3ING-Technik专利授权制造的可更换管束发夹式换热器用于印度的一个苯酚工厂

3ING-Technik专利授权制造的可更换管束发夹式换热器用于印度的一个苯酚工厂

3ING-Technik专利授权制造的可更换管束发夹式换热器用于印度的一个苯酚工厂

以上模拟结果可以看出,发夹式换热器的所有参数都脱颖而出。在这个工况下,装置运行人员大幅得降低了壳体的尺寸和换热管的数量,在满足同样热载荷的情况下,只需要一半尺寸的壳体和不到一半数量的换热管,这充分证明了发夹式的传热高性能和投资低成本。

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