钎焊板式换热器与蛇管式换热器的比较分析

时间:2022-07-14 03:47:31

钎焊板式换热器与蛇管式换热器的比较分析

摘 要:在现代石油化工企业中,对物料的热交换是必不可少的工序,常用的热交换设备是板式换热器和管壳式换热器。本文主要对钎焊板式换热器和蛇管式换热器从五方面进行比较,为换热器选型提供参考。

关键词:钎焊板式换热器 蛇管式换热器 性能比较

一、换热器的工作原理

1.钎焊板式换热器的工作原理

钎焊板式换热器由带高效传热表面的不锈钢板片组成,不锈钢板片在高温下用纯度为99%铜钎焊,得到紧密不漏和坚固的换热器。换热面积由冲压成波纹状的这种薄金属板构成,流体经过精心布置的角边接口流经板片之间的通道,冷媒和热媒总是在相邻的通道内逆向流动进行换热。由于钎焊板式换热器板片边缘采用焊接,因此介质不会从设备中流出,而各板片的接触点也是焊接点,以便承受介质的压力。

2.蛇管式换热器的工作原理

蛇管式换热器[1]是由肘管连接的直管或由盘成螺旋形的蛇管构成,将其安装在容器内的流体中,容器内的两种流体分别在管内、外流动进行热交换。当蛇管内是液体时,为使整个管中经常充满液体,液体应从蛇管的下端送入,至上端流出;当蛇管内通入蒸汽时,为了避免因管内积存冷夜而产生水击与阻塞,蒸汽应从上部进入,冷凝液则从下端排出。

二、钎焊板式与蛇管式换热器的比较

1.占地面积及重量

钎焊板式换热器的结构紧凑,单位体积内的换热面积为蛇管式换热器的2~5倍,也不需要预留抽出蛇管的检修场地,可比相同容量的蛇管式换热器节省 85-90% 的空间和重量,同时降低了安装成本。

2.热学性能

由于钎焊板式换热器中可形成高度湍流,因而可在很小的温差下工作,甚至在温差低至 1K 时仍能有效工作。但在管壳式换热器中,两种流体分别在壳程和管程内流动。总体上是错流的流动方式,降低了对数平均温差。而且由于冷热流体在传热板狭窄的间隔内流动,不产生短路,压力损失全部用于有效流动上,因而与蛇管式相比在同样压差下具有较高的传热效率,一般其传热系数要比蛇管式高2~4倍。

3.结构设计

钎焊板式换热器是密封垫板式换热器的升级。它是由首、尾挡板及人字形波纹状板片组合而成,相邻板片的波纹板角朝向相反,板组件间的波峰彼此交叉形成大量的接触点。通过真空钎焊,将焊接材料溶化与基材形成合金,使板片间的每一个接触点都变成焊接点,这样既增强了换热器的强度,又提高了换热器的换热效率。因为蛇管式换热器中的蛇管不能太长,否则管内流阻大,耗能多;管径也不宜过大,因为管径大加工困难,通常取76毫米以下管径弯制成。蛇管外的流体几乎不动,流速很小。管外流体中的传热以自然对流方式进行,给热系数很低,因此这种换热器只适用于小容量换热。

4.污垢系数

钎焊板式换热器的污垢系数比蛇管式换热器的污垢系数小得多。其原因是板间流体的剧烈湍动,杂质不易沉积;板间流道死区少;不锈钢换热面光滑,附着物少;清洗容易等,因此维修检查工作量也大大减少。

5.系统成本

钎焊板式换热器的传热系数更高,可以获得更好的温差,也就意味着更低的介质质量流量。这样,所需的部件(例如泵)可以更小、更便宜,同时降低了能耗。自然而然,整个系统的成本得以降低。

三、两种换热器在海南汉地阳光石油化工有限公司中的应用情况

海南汉地阳光石油化工有限公司新增氮气加热设备,由于业主提出的要求是:设备的高度不能超过三米,占地面积小、费用少、密封性能好等。所以考虑选用钎焊板式换热器,并与蛇管式换热器进行比较,见表1。

表1 钎焊板式换热器与蛇管式换热器的工艺性能参数对比

参 数 钎焊板式

换热器 蛇管式

换热器 参 数 钎焊板式

换热器 蛇管式

换热器

设备规格mm 196×620×60 Φ273×2475 设计压力 3.0 MPa 2.0 MPa

蒸汽入口温度 175℃ 175℃ 设计温度 -160℃

~225℃ 200℃

/150℃

蒸汽出口温度 100℃ 90℃ 换热面积 1.7 m2 4 m2

氮气入口温度 20℃ 20℃ 蒸汽侧压力降 0.01 MPa 0.05KPa

氮气出口温度 120℃ 120℃ 氮气侧压力降 0.01 MPa 0.1 KPa

蒸汽

流量 3Kg/h 8Kg/h 受压元件材质 AISI316不锈钢 Q235B/20

氮气

流量 35m?/h 35m?/h

四、结论

综上所述,钎焊板式换热器常用于空间有限、传热效率高、污垢系数低、要求不泄漏等的场合;而蛇管式换热器适用于换热面要求不大,且能承受高温、高压的场合。但因钎焊板式换热器自身特点的进一步发展,为其在许多应用领域取代蛇管式换热器创造了条件。

参考文献:

[1]秦叔经叶文邦.化工设备设计全书――换热器[M].北京:化学工业出版社,2003.5

[2]钱颂文.换热器设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.8

[3]王松汉.石油化工设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.1

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