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傳統(tǒng)的管殼式換熱器采用單弓形折流板支承,殼程流體易產(chǎn)生流動(dòng)死角,傳熱面積無(wú)法被充分利用,因而殼程傳熱系數(shù)低、易結(jié)垢、流體阻力大。并且當(dāng)流體橫向流過(guò)管束時(shí)還可能使管子產(chǎn)生誘導(dǎo)振動(dòng),破壞管子及其與管板連接的可靠性。因此,為了消除它的弊端,近20年來(lái)出現(xiàn)了許多新型的殼程折流板支承結(jié)構(gòu),如多弓形折流板、整圓形板、異形孔板、網(wǎng)狀板、弓形折流板加平行分隔板、螺旋折流板等。這些新型折流板支承結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是盡可能地改善殼程流體流動(dòng)和傳熱死區(qū),降低殼程流體流動(dòng)阻力,而且管束的抗振性也能得到增強(qiáng)。

一、雙弓形及三弓形折流板

雙弓形折流板在換熱器殼側(cè)將流體分成兩股平行束,橫向流動(dòng)的長(zhǎng)度(即橫流經(jīng)過(guò)的列管數(shù))大致為具有同樣缺口的單弓形折流板的一半,與具有相同折流板間距和缺口的單弓形折流板相比,雙弓形折流板的壓降為可比設(shè)備相應(yīng)值的30%～50%,而傳熱系數(shù)是可比設(shè)備相應(yīng)值的60%～80%[1]。類(lèi)似于雙弓形折流板,三弓形及多弓形折流板則在換熱器殼側(cè)將流體分成三股或多股流。

二、整圓形折流板

為了盡可能地改變弓形折流板支承的橫向流動(dòng)為平行于管子的縱向流動(dòng),消除滯留死區(qū),提高流體在殼程的流速,在電站和石油化工中,出現(xiàn)了整圓形折流板。最初出現(xiàn)的整圓形折流板在板上鉆大圓孔,既讓管子通過(guò),又有足夠的間隙讓流體通過(guò)。管內(nèi)外流體總體呈縱向流動(dòng),傳熱溫差推動(dòng)力大,并且由于管壁與孔板之間的圓環(huán)間隙通道對(duì)流體可產(chǎn)生射流作用,使流體離開(kāi)空口很快就形成湍流,使壁面不易結(jié)垢,殼程傳熱得到強(qiáng)化。但整圓形折流板增大了換熱器殼體的直徑,并且由于缺乏管子支承結(jié)構(gòu),這種換熱器的管束抗振性能也很差。為改進(jìn)大管孔整圓形折流板的不足,在管孔之間開(kāi)小孔,使傳熱介質(zhì)由小孔通過(guò)折流板,這樣就不用增大殼體的直徑了。

帶小孔的整圓形折流板在管孔與管子之間的間隙內(nèi)很容易積垢,引起腐蝕。為了彌補(bǔ)這一缺陷,出現(xiàn)了矩形孔、梅花孔等異形孔的折流板結(jié)構(gòu),這種折流板既能支承管子,又能讓傳熱介質(zhì)流過(guò)折流板,當(dāng)介質(zhì)流過(guò)管孔時(shí),能產(chǎn)生射流,對(duì)管子有沖刷和自清潔作用,從而消除了管子結(jié)垢和垢下腐蝕。異形孔板雖然優(yōu)點(diǎn)很多,但加工制造相對(duì)困難,費(fèi)用偏高,因此工業(yè)上又出現(xiàn)了網(wǎng)狀整圓形折流板。其折流板為整圓,以每四個(gè)同一行的相鄰折流孔為一組,在小橋處銑通,殼程流體從銑口通過(guò)折流板,成全面積均勻縱向流動(dòng)。

三、弓形折流板

加平行分隔板在單弓折流隔板管殼式換熱器的兩折流隔板間平行插入了一塊或數(shù)塊平行流分隔板,可將原通道改為多股平行通道,將原單股流分為多股平行流。這樣,就能有效控制板間回流死區(qū)的渦尺度,使板間流場(chǎng)得以均化及管間流阻得以減少。在Re不太高的情況下加兩塊平行流分隔板后,能在一定程度上控渦均化殼側(cè)流場(chǎng),并且能起到較好的強(qiáng)化傳熱效果。帶平行流分隔板的弓形隔板換熱器的強(qiáng)化傳熱綜合性能評(píng)價(jià)因子在測(cè)量的Re范圍內(nèi),其值約為1.20～1.15左右,強(qiáng)化因子隨Re數(shù)的增加而減小,這種強(qiáng)化傳熱技術(shù)適合在中低雷諾數(shù)下采用]。

四、螺旋折流板

螺旋折流板是將傳統(tǒng)的垂直弓形板換成螺旋狀或近似螺旋狀的折流板,折流板與換熱器殼體橫斷面有一個(gè)傾斜角度,使得流體在殼程沿螺旋通道流動(dòng)。按流道多少螺旋折流可分為單頭或雙頭

螺旋折流板換熱器的螺旋折流板使流體在殼側(cè)呈連續(xù)柱塞狀螺旋流動(dòng)(即plug流),不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)折流板換熱器內(nèi)的流動(dòng)“死區(qū)”,并且由于旋流產(chǎn)生的渦與管束傳熱界面邊界層相互作用,使湍流度大幅度增強(qiáng),有利于提高殼側(cè)傳熱膜系數(shù)。