[发明专利]一种螺旋折流板管壳式换热器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热器的设计方法，具体涉及一种螺旋折流板管壳式换热器的设计方法。

背景技术

管壳式换热器是炼油、化工、环保、能源、电力等工业中一种重要的设备。其中使用历史最为悠久的为弓形折流板管壳式换热器。虽然弓形折流板管壳式换热器属于换热器行业使用量最大的一种管壳式换热器，但是由于其结构特点，存在沿程压降较大；易出现流动死区；易结垢并且易诱导换热管振动等缺点，长久以来一直有研究者不断对其结构进行改良，但是都未能脱离其基本结构。

90年代初，由捷克科学家Lutcha，Stehlik，Nemcansky以及Kral等首次提出螺旋折流板管壳式管壳式换热器，并对其做了系统的实验研究，研究表明，螺旋折流板管壳式换热器具有压降低、振动小、结垢少，以及综合换热性能好等优点。并通过实验研究分析了螺旋折流板的主要几何参数对其压降及换热性能的影响。但是随后美国ABB公司买断了其相关研究成果，对于该换热器的详细性能分析和设计方法在公开发表的文献中都只给出了非常有限的信息。

目前为止，管壳式换热器中最为成熟的设计方法为针对弓形折流板换热器的Bell-Delaware方法，该方法的详细实施过程已普遍见于各类换热器手册之中。基于这一方法，美国传热协会(HTRI)和英国传质传热协会(HTFS)各自开发出了相关商用软件，广泛应用于换热器行业，形成行业垄断地位，取得了巨大的商业效益。

对于螺旋折流板管壳式换热器的设计而言，无论国内外均未见有公开发表的相关文献资料，更未见有相关的商用软件，这些都给螺旋折流板管壳式换热器的设计制造以及推广应用带来很大的困难，所以总结出一套有效的设计计算方法具有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用单相介质及光管的单壳程多管程螺旋折流板管壳式换热器的壳侧阻力及换热关联式，并基于Bell-Delaware方法，提出根据已知的过程参数进行螺旋折流板管壳式换热器的设计方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)根据已知热力参数确定热负荷；

2)根据介质的腐蚀性、粘度、结垢性确定换热器内管束布置形式；

3)根据换热器进出口温度及换热器内管束布置形式计算对数平均温差，并计算出所需的各物性参数；

4)预估换热器的总传热系数，并根据已知的热负荷初算换热器所需的传热面积；

5)选定管子有效换热长度或者换热器壳内径，若固定有效管长则根据初算的传热面积直接得到所需的换热管数目，然后估算布管圆直径随之确定壳径，反之，如果已知壳内径，则可估算出出布管圆直径，根据布管圆直径可以估算换热管数目，最后根据初算的换热面积计算出所需管长；

6)根据设计要求初选折流板螺旋角及搭接比例，根据已知参数计算出壳侧流速，管侧流速以及两侧Re数，随后，计算出各修正因子涉及到的几何参数及工艺参数，从而确定换热及压降修正因子；

7)根据得到的换热和压降修正因子，计算得到初选的换热器在当前几何参数下的壳侧换热系数和压降；

根据相关文献资料所总结的阻力及换热关联式如下：

螺旋折流板管壳式换热器壳侧平均Nu数：