折流杆换热器的设计

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摘 要 本文介绍了折流杆换热器与传统换热器相比的特点和应用，并对所设计的折流杆换热器的折流杆结构进行了详细阐述，同时对折流圈，导流筒结构和管板密封形式进行了设计和论述。从而为折流板换热器的设计，制造以及研究提供了依据和指导。

关键词 换热器；折流杆；折流圈；导流筒；设计

中图分类号TQ051 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0132-02

美国菲利普公司在上世纪70年代进行开发，设计研究出来折流杆换热器，此换热器主要目的是用来解决传统换热器中遇到的流体诱导振动问题。它的特点是抗振动性能强，并能消除壳程中的滞留区，能够很好地改善壳程流体的速度和温度的分布[2]。

这种换热器的主要结构主要是由折流网络和换热管组成的，折流网络是由很多个折流圈相隔一定距离焊接或用普通的定距管固定于拉杆上形成的。而每一个折流圈又是由很多根折流杆相互平行通过一定的间距焊接在外环上形成的。这些折流网络和换热管进行热交换就达到换热器的换热目的。

这种换热器能够改善常规的板式折流板换热器的流体诱导振动。在这种结构中，支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙，管束中每根传热管的上、下、左、右都得到了可靠的支撑，而且从根本上改变了流体的流动状况，变折流板换热器的横向流动为平行于管子的轴向流动，从而消除了产生液体诱导振动的根源，增加了传热效率，减小了压力降。另外折流杆换热器不易结垢，流体在经过折流杆时产生文丘里效应对管壁有强烈的冲刷作用，而且由于平行流动，避免了死区，也使得污垢难以形成。

在某项目中，因传统的换热器均不能解决诱导振动、传热效率和压降的问题，故设计一台折流杆换热器，以满足工艺及节能减排的需要。

1 设计方法

1.1 折流杆结构设计

此折流板换热器的最主要特点是采用了折流板网络结构作为热交换的载体。这也是与传统换热器最主要的区别。设计的关键也是在于折流板网络的构造设计。

折流板网络结构是由很多个折流删组成的。每一个折流栅都是由很多根折流板均匀，并且平行的焊接在一个管圈内组成的，我们通常将这个管圈称作折流圈。折流杆时最基本的组成部分，它可以是多种多样的，如方形，圆形，长方形等。折流杆组成的折流删等间距排列成一组，变构成折流网络的一个单元，如图2（a）所示。为了增加换热管的稳定性，我们将相邻两个折流圈和附带的折流板相互垂直排列。即其中一个竖直排列，则另一个水平排列。这样也可以使得每一根换热管在上下左右个方向得到支撑，如图2（b）所示。为了增加热传导效率，我们将折流栅中相邻的两个折流杆间隔并交错排列，如图2（c）所示。由此两种热交换介质中的流体由传统的垂直于换热管的横向流动变为平行于换热管的轴向流动，从而消除了产生诱导振动，增加了传热效率，减小了压力降。

图2 折流杆网络结构

换热管的中心距减去换热管直径便是折流杆直径，折流杆与换热管之间没有间距。折流板平行焊接在折流圈（环）上，折流圈平行排列组成折流栅，折流栅一组一组的排列构成折流网络，这种排列最大的利用了板间的换热面积，使得热传导效率大大提高，同时也为换热管提供了牢固的支撑。

1.2 折流圈的设计

折流圈一般由圆钢、方钢或方条制成。折流圈外径等于壳体内径减去GB151、TEMA等设计标准所规定的间隙，可参考者流板的直径选取。此次设计的换热器折流圈用厚板条制。

折流圈用方钢连接成折流杆网络，圈的间距可视具体情况变化。对于直径较大的换热器，除用方钢将折流圈连接外，还应用拉杆定距管固定，这样设计即可方便各折流栅的组装焊接，也增加了整组折流栅的稳定性[1]。

1.3 导流筒的设置

为克服进、出口处管束因流体流速过高而产生的冲刷磨损应设置外导流筒。外导流筒的引入可在不增加筒体直径的前提下，有效的加大进口管的尺寸，从而降低压降，增加设备的效率；同时，为减小流体停滞区，提高传热效率也应设置外导流筒，从而增加换热管的有效换热长度。在设计导流筒时，应保证接管进出口流通面积、环隙流通截面积与壳程流通面积逐级增加10%~15%[1]。

1.4 管板

由于折流杆对换热管起到了很好的支撑作用，管板的厚度也可以相应的降低，采用薄管板即可满足设计要求。节约了材料，从而提高的经济性。

2 结论

设计该换热器解决了常规传统换热器难以克服的诱导振动，传热效率低等问题，满足了工艺要求，实现了节能减排，达到了设计目的。

参考文献

[1]王松汉.石油化工设计手册第3卷（化工单元过程）[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]刘明.新型换热器技术进展及其应用[J].山西能源与节能，2004，2：31-32.