管式換熱器是國內外工業換熱器設備中的基本結構形式,近年來隨著石油化工動力、冶金、輕工及原子能等行業的發展,迫切需要提供效率高、重量輕、結構緊湊、操作彈性大的換熱設備。因此,如何采取有效措施以改進管式換熱器管內換熱弱的問題越來越引起人們的重視,其中絲狀繞花內插元件管式換熱器就是一項具有廣闊前景的強化換熱新技術。通過對換熱器傳熱系靈敏、流阻性能的試驗研究及工業實際應用,表明這項技術是強化管內換熱,提高傳熱效率行之有效的方法。2絲狀繞花內插元件的結構

　　絲狀繞花內插元件是由金屬絲按設計的最佳尺寸用專門的特殊工藝制成的一種繞花狀元件,緊貼管內壁插入管中,使換熱管內工作流體在低充速下產生螺旋流與徑向流相疊加的復雜三維流動,在低流速下(Re< 200) ,增強管內特別是沿徑向(即溫度梯度最大的方向)的擾動,并提前(相對于光管)誘發湍流。

　　普通換熱管中貼近管壁處總有滯流邊界層存在,邊界層內的流體溫度接近管外流體的溫度,換熱管心部流體的溫度將低于管壁處流體的溫度,導致熱阻大,傳熱效率低。在換熱管內插入這種絲狀繞花元件后,可連續地驅散流體主體,并與邊界層脫下的流體進行混合,使整個換熱器的流體處于等溫狀態,降低了邊界層的熱阻,提高了管內流體的換熱系數,從而提高了整個換熱器的傳熱量及熱能利用率。因此,它是一項綜合強化換熱的技術,給換熱器制造業和設計者提供了一條合理的阻力損耗下大大強化管內換熱的新途徑。

　　該技術的內插元件選材范圍大,根據流體的性質,選用鋼絲、銅絲、鉛絲、不銹鋼絲等。該技術的工藝簡單、加工容易,如:繞花線圈組數、線圈螺距、繞花螺距等結構參數均可根據需要設計并繞制成相應的形狀。管用于任何管長及4～250mm間的任何管徑,既可用來改造老設備,也可用來設計、制造新換熱設備。應用面廣,操作彈性大,尤其適用于介質粘度高的工況條件,如:蒸汽加熱焦油、空冷水冷潤滑油、原油預熱、液壓油冷卻等。

　　吉林省四平九圓熱交換設備制造公司引進了國外這一先進技術,自行設計制造了這種新型高效換熱設備,并通過機械電子工業部換熱器產品質量監督檢測中心的測試,其性能試驗報告結果表明: G400絲狀繞花內插元件管式換熱器在水-水換熱的情況下,管內流體流速在1m/s時,傳熱系數可達2190W /m 2℃,流體阻力管程Ph= 0.071M Pa。與普通光管換熱器比較,在傳遞熱量相同,并且在流體泵輸送功率消耗相同的條件下,傳熱系數提高20%～60% ,可以少用傳熱面積15%～45%。3絲狀繞花內插元件管式換熱器的應用

　　1993年根據遼寧省鐵嶺市熱力公司提供的工況參數和技術要求,四平九圓熱交換設備制造公司進行了合理的工藝計算及設備優化設計,確定出了設備合理的工藝參數和結構參數。試制成功了一臺140m 2的管內強化管式換熱器,其繞花絲采用了不銹鋼絲材料,并用專門的工裝設備繞制成線圈螺距8mm、繞花螺距64mm的絲狀繞花內插元件,插入直徑19mm的銅質外螺紋換熱管中。在汽-水換熱的情況下,連續而穩定地強化傳熱,保證了8×104m 2采暖面積的供暖,每1m 2傳熱面積可帶570m 2采暖面積,與板式換熱器能力相當。其運行阻力不超過011M Pa,經過兩個采暖期的實際運行,效果非常理想。

　　技術經濟分析結果表明,若該公司四個換熱站, 24×104m 2采暖面積均改由此種設備供暖,僅蒸汽一項每年就可節省216×104 t, 1t蒸汽按42元計,每年可節約開支10912萬元,如計及節水、節電的費用,其經濟效益是相當可觀的。

　　絲狀繞花內插元件管式換熱器另一個顯著特點是抗污垢能力優于普通光滑管。鐵嶺熱力公司使用的該設備運行兩年后拆開檢查,發現污垢很少,不銹鋼金屬繞花基本完好,傳熱性能一直不變,原因是加入了這種管內強化元件,管壁面的粗糙度增加,流體擾動度增大,不僅降低了邊界層的熱阻,也減輕了管內污垢附著和沉積的可能。4結語

　　實驗結果及工業應用實例表明:絲狀繞花內插元件管式換熱器利用了板式換熱器的流動與傳熱特性,大大強化了傳熱效果。克服了常規管式換熱器的主要缺點,保留了其耐高溫高壓、適用范圍廣的優點。不僅可以大幅度降低設備一次性投資,節省操作費用,而且可以大量地減少動力消耗,節約能源。