對螺旋板換熱器產(chǎn)生氣阻的原因進行理論分析和闡述,并討論防止產(chǎn)生氣阻的方法和消除氣阻的對策,對螺旋板換熱器的正確使用有一定意義。
螺旋板換熱器是一種換熱設(shè)備,因其制作工藝簡單、換熱效率高而在化工生產(chǎn)中被普遍采用。但新螺旋板換熱器在剛開始投用時,往往由于其內(nèi)部產(chǎn)生氣阻而造成系統(tǒng)阻力加大,嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致介質(zhì)不能通過換熱器,生產(chǎn)不能正常進行。
1　螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)分析
如圖1所示,螺旋板換熱器有2個通道,分別是頂入側(cè)出和側(cè)入頂出。2個通道呈交叉分布,正常生產(chǎn)時冷熱介質(zhì)分別從頂部和側(cè)部流入,在逆向流動的過程中實現(xiàn)換熱。
2　氣阻產(chǎn)生的原理分析
2.1　氣柱產(chǎn)生壓差的原理分析
如圖2所示,在U形管中裝有某種液體,U形管右側(cè)封有一段氣柱高為h1,氣柱之上有一段高為h0的液柱,氣柱下部的液柱高為h,U形管左右兩側(cè)液位相同,液柱上面的壓強分別為P1和P2,則該U形管兩側(cè)的壓力平衡公式為:p1+ρg(h0+h1+h)=p2+ρg(h0+h)(1)式中,ρ為U形管中液體的密度;g為重力加速度。
由于空氣密度與液柱相比非常小,在此可忽略不計。
由(1)式可換算得出:
p2-p1=ρgh1(2)
由式(2)可以看出,一段高為h1的氣柱可產(chǎn)生大小為ρghl的壓差,也就是說,U形管右側(cè)的壓強必須比左側(cè)大ρghl,才有可能使得右側(cè)的液體向左側(cè)流動。
2.2　螺旋板換熱器產(chǎn)生氣柱的過程分析
(1)液體順著新螺旋板換熱器右側(cè)頂部流入,從外層向內(nèi)層流動,如圖3所示。
(2)隨著液位不斷升高,左側(cè)液位到達(dá)流道內(nèi)圈頂部高點,如圖4所示。
(3)液體繼續(xù)流入,越過第1圈流道內(nèi)圈頂部的高點進入第2圈,并在第1圈流道頂部形成一段氣柱,如圖5所示。
(4)隨著液體的不斷流入,螺旋板的流道內(nèi)會由外向內(nèi)每一圈都形成一段氣柱,液體流動需克服的阻力也越來越大,如圖6所示,這時螺旋板內(nèi)就形成一定的氣阻,其氣阻的大小約為:
p′=ρg(h1+h2+…+hn)(3)
式中,p′為氣阻;ρ為流通介質(zhì)的密度;g為重力加速度;h1、h2…h(huán)n為螺旋板內(nèi)氣柱的高度。
假若液體介質(zhì)的壓頭足夠大,可以克服整個螺旋板換熱器內(nèi)部形成的氣阻,則液體可以繼續(xù)流通,并終將螺旋板內(nèi)部的氣柱逐步排向出口,生產(chǎn)不會受到影響。但是如果螺旋板換熱器的流道圈數(shù)很多,而且液體介質(zhì)的壓頭偏小,不能克服螺旋板內(nèi)氣柱形成的阻力,則液體將不能形成流通,并終影響生產(chǎn)。
3　氣阻產(chǎn)生的特點
根據(jù)以析,螺旋板換熱器產(chǎn)生氣阻有以下特點:(1)板間距越大越容易產(chǎn)生氣阻,反之越不容易產(chǎn)生氣阻;(2)介質(zhì)黏度越大越不容易產(chǎn)生氣阻;(3)介質(zhì)注入的速度越慢,越容易產(chǎn)生氣阻,而且氣阻越大;反之,則越小;(4)螺旋板換熱器的換熱面積越大或者流道圈數(shù)越多,產(chǎn)生的氣阻越大;(5)介質(zhì)密度越大,產(chǎn)生的氣阻越大。
4　預(yù)防和消除氣阻的對策
為了防止產(chǎn)生氣阻,使用螺旋板換熱器時可采取以下幾種措施:(1)在保證流量的情況下,盡量選用流道間距比較小的螺旋板換熱器;(2)開啟螺旋板換熱器時,先打開螺旋板出口的排空氣閥門,并快速打開出閥門,使介質(zhì)螺旋板的同時將換熱器中的空氣盡除;(3)在場地允許的情況下,可采用平臥式安裝方式,以避免氣阻的產(chǎn)生;(4)若換熱器圈數(shù)較多,形成的氣阻很大,介質(zhì)系統(tǒng)壓力不能克服其阻力,也可先將螺旋板換熱器平放,用水或其他介質(zhì)從外圓管口處灌入,將空氣從中部向上的管口排出,然后用盲板封堵,再將其豎起按正常方式安裝。
另外,對于有幾臺螺旋板換熱器并聯(lián)安裝的情況,新?lián)Q熱器安裝到位后由于有氣阻的存在,比其他換熱器的阻力要大得多,也就是說并聯(lián)換熱器前后的壓差不能克服新?lián)Q熱器產(chǎn)生的氣阻,否則會造成介質(zhì)從其他換熱器“短路”而不能從新?lián)Q熱器流通的現(xiàn)象。這時,可先關(guān)閉其他換熱器出閥門,靠液體系統(tǒng)壓力將介質(zhì)從新?lián)Q熱器強制流通后再開啟其他換熱器正常生產(chǎn)。
掌握螺旋板換熱器產(chǎn)生氣阻的原理和對策,對正確使用螺旋板換熱器,避免和減少氣阻的產(chǎn)生,保證正常生產(chǎn)具有重要的意義。

當(dāng)換熱管與管板焊接連接時，管孔表面粗糙度Ra值不大于25μm。

固定管板換熱器中常用的是U型膨脹節(jié)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單，補償性好，價格便宜等優(yōu)點。

當(dāng)前。管子與管板接頭的連接技術(shù)是壓力容器制造的難題之一，尤其是高溫高壓容器的制造，管子與管板的連接要求更嚴(yán)格。
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