[发明专利]可提高间壁式换热器传热系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高间壁式换热器传热系数的方法。

背景技术

换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,是在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展,换热器的应用领域不断扩大,带来了显著的经济效益。目前, 90%以上的换热器是间壁式换热器，从传热本质为来说提高传热系数是根本，所以长期以来，人们希望间隔式换热器能达到比较高传热系数，从而获得一种理想型换热器，为节约能源及环境保护作出贡献。至今为止，从改变流体流动状态方面进行研究的有很多，但大多数都是从改变换热器的本身结构来改善换热器内流体的流动状态，如管壳式换热器研究进展中提到的刺孔膜片管、螺旋扁管、变截面管，CN101566437A将列管制成复合套管双螺旋结构，结构比较复杂，CN101226041A中加一螺旋的搅拌器，打破了层流时的温度梯度传播方式。还有从改变壳程的流体流动方式的CN2802425Y，或是改变壳程折流板的形式。这些都或多或少的提高了换热器的传热效率（系数），但是都存在各种各样的问题，比如对物料要求高、清洗困难、结构复杂。究其换热机理，在不改变换热间壁和匹配的流体压力、流速、流量的情况下，提高传热系数的方法只有两个：一是提高流体的湍流，即增大流体的雷诺数，另一个是要充分减薄及破坏滞流层。目前在间壁式换热器中，无论是管程还是壳程流体都是比较稳定的流动，换热器滞流层厚、垂直传热梯度小、速率低、需时长，就算公认最先进的拟螺旋折流板换热器对壳程循环改善也很有限。因此现有间壁式换热器传热系数还不高，间壁式换热器热功传热效率还不够好。

发明内容

针对上述现有技术中间壁式换热器传热系数还不高的问题，本发明提供了一种可改变间壁式换热器中流体流动状态，使流体形成紊流脉动，从而增加流体的湍动及扰动，减薄流体的滞流层，提高间壁式换热器传热系数的方法。

本发明所述提高间壁式换热器传热系数的方法是：在间壁式换热器入口管路上或其内部连接有脉动发生器，通过自动化控制系统控制进入脉动发生器气体的通断和进入脉动发生器气体的频率和压力变化，从而改变脉动发生器的工作振幅和频率，使流经脉动发生器的流体产生局部截面积的变化，使进入间壁式换热器的流体产生紊流脉动，从而增加间壁式换热器内流体的扰动、传热梯度和速率，减薄流体的滞流层，提高间壁式换热器传热系数。

为使从间壁式换热器中流出的流体不影响下道工序生产，在靠近间壁式换热器的流出管路上连接有缓冲槽，通过缓冲槽使流体从紊流恢复到平流状态，以适用下道工序要求。

本发明所述方法是在不改变间壁式换热器本身结构基础上，在换热器入口管路上或其内部连接有脉动发生器，通过脉动发生器使流体从平流变为紊流脉动的状态进入间壁式换热器内，使换热器整个流道内流体不同段的压力有较大的压差，从而使流体形式脉动流动，增加了整个流道内流体的湍动及扰动，减薄流体滞流层，同时由于流体各段的压力不一样，它们流过换热面时，在同一个部位压力高与压力低的流体往复通过，使滞流层在压力高时被压缩，而在流体压力低时又由于滞流层本身的高压力而从管壁炸开，最终达到减小热阻，提高传热系数。

   本发明所述提高间壁式换热器传热系数的方法，在不改变间壁式换热器本身结构基础上，通过在换热器入口管路上或其内部连接有脉动发生器，使流体从平流变为紊流脉动的状态进入间壁式换热器内，使流体产生脉动，它不仅结构简单，而且可增加流体的湍动及扰动，减薄流体的滞流层和热阻，提高间壁式换热器的传热系数和传热效率。

附图说明

图1是本发明的连接关系示意图。

图2至图5是流体经过脉动发生器进入间壁式换热器的四种不同的流动状态图。

在图中，1、流体Ⅰ  2、自动控制系统  3、流体Ⅱ  4、缓冲槽Ⅰ  5、压力平衡系统  6、下道工序   7、间壁式换热器  8、脉动发生器  9、缓冲槽Ⅱ  10、气源。

具体实施方式

图1为应用在回收废水中氯化铵的三效蒸发器系统的各部份连接关系结构图，氯化铵原料的换热器结构形式没做任何改动，管程是含15%氯化铵的盐水原液，壳程是三效蒸发器的冷凝水，在液-液换热的情况下，进入间壁式换热器7的流体Ⅰ1和流体Ⅱ3（均为盐水原液）以平流状态分两路分别进入脉动发生器8中，脉动发生器连接在间壁式换热器入口管路上，脉动发生器与自动控制系统2相连，自动控制系统控制气源10与脉动发生器的通断，即自动控制系统以一定时间间隔间隔向脉动发生器内通入空气，其时间间隔可相同或不同，自动控制系统除控制气源间隔进入脉动发生器中外，还控制进入脉动发生器的压力，使气源以相同压力和相同时间间隔形式进入脉动发生器，使脉动发生器中的流体产生如图1所示的紊流脉动；或以不同时间间隔和相同压力的形式进入脉动发生器，使脉动发生器中的流体产生如图2所示的紊流脉动；或控制气源以相同时间间隔和压力一大一小变化的交错形式将气源通入脉动发生器，使脉动发生器中的流体产生如图4所示的紊流脉动；或以相同时间间隔和压力大、中、小变化的交错形式将气源通入脉动发生器，使脉动发生器中的流体产生如图5所示的紊流脉动。当然根据流体的流速、流量和流压等具体内容，通过自动控制系统的设定，可使气源以其它间隔时间和压力变化的形式进入脉动发生器。不管哪种形式，最终都能使脉动发生器内流体产生紊流脉动，只不过是脉种方式有不同。脉动发生器中的膜片在压力和频率发生变化的气源作用下产生振动，使与膜片相连的传动杆往复运动，传动杆带动活塞在流体横截面上作往复运动，从而可使流体流动横断面积产生变化，使从脉动发生器一端流体入口进入的平流流体变成紊流从脉动发生器另一端流体出口流出，其中一管路中的流体Ⅰ1通过脉动发生器后进入间壁式换热器，再从间壁式换热器中流入到缓冲槽Ⅱ9中，另一管路中流体Ⅱ3通过脉动发生器后进入间壁式换热器，再从间壁式换热器中流入到缓冲槽Ⅰ4中，缓冲槽Ⅱ和缓冲槽Ⅰ均与压力平衡系统5相连，从缓冲槽Ⅰ4和缓冲槽Ⅱ9流出的流体以平流状况进入下道工序6中。