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空心環管殼式換熱器有什么特點
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從傳熱強化的特色上講,該種換熱器一是采用雙面強化傳熱的縮放型傳熱管,對管內外兩側氣體均有促進界面湍流、...

空心環管殼式換熱器有什么特點

2014/7/16   本網原創   點擊數:

從傳熱強化的特色上講,該種換熱器一是采用雙面強化傳熱的縮放型傳熱管,對管內外兩側氣體均有促進界面湍流、強化對流傳熱的作用,換熱器總傳熱系數最高可達30 W/ (m2·K) ,與傳統換熱器相比,可節省傳熱面積40 %~50 %;二是采用空心環管間支承結構,該支承方式軸向流道空隙率大,可達80 % ,故對軸向沖刷的流體形體阻力非常小,可使絕大部分殼程流體的壓降作用在強化傳熱管的粗糙傳熱界面上,用以促進界面上的對流傳熱,可充分發揮強化管的傳熱強化作用,在低流阻條件下獲得高的傳熱性能。對兩轉兩吸轉化系統而言,系統4臺換熱器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與Ⅳ)可替代傳統6臺換熱器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲa +Ⅲb、Ⅳa+Ⅳb) ,氣體總壓降僅7 000 Pa左右,而且可長期維持低壓降運行,不易堵塞。與傳統換熱器相比,系統風機風壓可減少20 %~30 % ,一則在新系統中可選用風壓較低、投資較少的風機設備,二則在系統操作費用上可大幅降低風機電耗,減少硫酸的生產成本。

從設備投資費用上講,與傳統換熱器相比,空心環管殼式換熱器具有很強的競爭力。以40 kt/a硫鐵礦制酸、兩轉兩吸流程換熱器投資為例:入口φ( SO2 )為815 % ,傳統換熱器所需面積約2 000 m2 ,換熱器重量約100 t ,按7 000元/ t計,總投資約70萬元。而空心環管殼式換熱器僅需傳熱面積約1 000 m2 ,換熱器重量約50 t ,按10 500元/ t計,總投資僅5215萬元,可節省1715萬元,占總投資的25 %。隨著強化管加工技術的成熟與完善、市場的擴大與產量的增加,強化管的價格在近年已逐步下降,適合了廣大硫酸企業的生產需求,也為加快我國硫酸工業換熱設備的更新換代提供了有利的條件。

從設備的抗垢、抗酸蝕及抗氧化方面看,由于換熱器采用了殼程環狀進出氣夾套結構,避免了傳統換熱器殼程入口段傳熱管濕壁結垢,而縮放管均采用抗高溫氧化的20g管,故比傳統換熱器具有較好的抗垢與抗酸蝕性能,同時也能長期耐高溫氧化,減少氧化脫皮。從理論上講,為何換熱器采用了殼程環狀進出氣夾套結構后,可避免殼程入口段管束的濕壁結垢?這需從管子內外兩側的氣體對流傳熱膜系數的變化上分析。由于傳統換熱器的殼程入口氣速很高,管外傳熱膜系數遠高于管內(光滑管)的傳熱膜系數,故使得入口段第一、二排管壁的金屬溫度貼近管外的冷氣體溫度(一般60℃左右) ,遠低于在常壓下水汽的蒸發溫度(100℃) ,故當轉化系統入口氣體含酸霧較多時,就會形成濕壁現象,酸泥粘在管壁上不易脫離,而且愈積愈多,在不太長的時間內就會出現入口堵塞、氣阻上升的現象,這是硫酸行業中普遍存在的棘手問題,也是造成管子酸蝕破壞的主要原因之一。而改用環套進出氣結構之后,殼程入口氣體經夾套沿殼程的周向環形進氣,氣速很低,管外的傳熱膜系數與管內(縮放管)的傳熱膜系數兩者相差不多,故可使氣體入口段管壁的金屬溫度居內外氣體溫度之中值,例如管外入口氣溫為60℃,管內出口氣溫為180℃,則兩者之中值為120℃,管壁金屬溫度高于100℃,酸霧打在管壁上很快就被蒸干,故不會出現入口管子的濕壁現象,酸泥也難于在管壁上粘附,很容易就被氣流帶走,因此空心環管殼式換熱器可長期維持低壓降操作,不受酸泥堵塞的影響,同時抗酸蝕的能力也大大提高,換熱器壽命得以延長。這一長期低壓降操作的現象,在廣東的樂昌、鶴山磷肥廠及其它各硫酸生產系統中都可直接觀察到。而從抗高溫氧化方面看,由于縮放管是采用優質的20 g管,抗高溫氧化性能較好,經冷軋加工后仍能保持良好的抗高溫氧化性能,1991年在廣東樂昌磷肥廠硫酸兩轉兩吸轉化系統投運的Ⅰ、Ⅱ換熱器,采用20 g縮放管,至今仍在正常運行,而且依然維持低壓降運行,這表明換熱管并未因高溫氧化脫皮而造成堵塞。而該廠1990年以前使用的Ⅰ、Ⅱ換熱器曾有嚴重的高溫氧化脫皮現象(僅使用2~3年) ,造成換熱器氣阻很高。
 



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