波纹管列管换热器的特点

来源:www.hqings.com 发布时间:2021-08-10 返回
波纹管列管换热器是在直(光)管基础上,经过技术升级换代而出现的。其机理是提高总传热系数,从而降低所需要的换热面积。可以在达到同样换热效果的情况下节省材料,终不但降低了成本,还减轻了设备的重量。

2.1波纹管的稳定性

由于波纹管本体是由光管管坯冷压痕加工而成的,一般认为其成型后对管体有强化作用。而通过外压稳定性实验可知,承受外压的波纹换热管的失稳首先发生在直管段,只有继续升高外压,波纹管才会失稳。这说明波纹段的稳定性优于直管段,具有高于直管段的失稳临界压力。

实验同时表明,波纹段的失稳变形均发生在波谷处,同时波纹段的失稳在局部的单个波谷处,一般不会出现2个以上的波谷同时失稳[2-3]。这表明波峰的稳定性比波谷更好。当然如果冷压痕的工艺不到位也会出现相反的情况,在冷压痕工艺中,无论是波谷还是直段的壁厚是不变的(如图5所示),冷压痕完成后管体实际上变短了。这一点非常关键,如果做不到这一点,波纹管的稳定性会差于直(光)管。

另外,诺盟的波纹管列管与平时所见的波纹管还是有较大区别的。首先诺盟的波纹管只有波谷和平段,并没有波峰,而且波谷在轴向是螺旋形的,并且波纹管与板连接处的直段是一体的。
2.2波纹管列管内的换热效果

波纹管列管由于管内有波峰、波谷的存在,所以增加了列管中径向热交换对流的效果,如图6所示。

径向对流对于总传热系数K的影响非常大,这才是导致双管板波纹管换热器价格低廉、重量轻的根本原因。波纹管列管与直(光)管在同样长度下,其管体表面的换热面积要大一些,但这个变化远远不如改变K值的贡献大。

从波纹管和直(光)管管内流形的对比,能够清晰地看到其有着完全不同的效果,直(光)管接近管壁时流速明显地降低,如图7和图8所示。

用波纹管代替直(光)管制成的波纹管换热器,致使流体的速度与方向不断地发生变化,从而形成充分的湍流。这就使得所有的流体都有机会与管壁进行热交换,影响传热的边界效应便“不复存在”了。其总传热系数可以提高2~3倍,实际运行中有的甚至达到5倍[4]。如果达到同样的传热量,换热面积就相当于原来的0.5~3。这才是波纹管换热器价格低于直(光)管换热器的根本原因,所需要的换热面积少了,重量自然也就轻了。

根据计算和实践经验,1 mm厚的波纹管比0.5 mm厚的波纹管的总传热系数要低10%。跟踪的数百台波纹管换热器之所以运行了10~14年没有大修或损坏,主要得益于壁薄(几乎均为0.5 mm)[4]。但在壁厚方面诺盟没有刻意地去满足毕渥数的要求,由于在壳层中未设置管架,所以诺盟的列管厚度设计为1 mm。

2.3抗水锤冲击

诺盟双管板换热器的外壳都接有一段膨胀节,所以在安装使用后,如果遭受水锤的冲击或者憋压,换热器的轴线上膨胀节处就会出现错位的情况(如图9所示)。波纹管和直(光)管的换热器都会发生这样的情况,外壳变形后理论上都会引起列管的扭曲。正是由于波纹管有较多伸缩的余量,在经历变形时应变的弹性余地要大一些,也就是说在这样的情形下抵抗失稳的能力要强一些。但无论如何,在安装的过程中要避免水锤的发生,可以通过采取使用角坐阀、延时开关等其他措施。但如果涉及到憋压,就需要考虑介质的阀门不能够全部关死。这忠告用户在安装、使用中必须引起足够的重视。