板式冷却器液体因导热系数小热阻又较大

　　冷凝器是石油化工、化工和冶金、电力等工业应用比较普遍的气、液热交换设备。常规的冷凝器通常采用弓形折流板结构，压降较大且存在滞流区域，能耗大且传热效果不佳。此外，当气流以较大的速度冲击管束时，不可避免地会引起管子的震动，造成冷凝管与管板焊接处的断裂。

　　冷凝器与其它换热器不同的是整个换热过程始终伴随着热介质蒸气的冷凝。当饱和蒸气与温度较低的换热管管壁接触时，蒸气将放出潜热，并在管壁外冷凝成液体。蒸气冷凝分为膜状冷凝和滴状冷凝两种方式，工业上涉及的大多是膜状冷凝。

　　所谓膜状冷凝即冷凝液润湿管壁后，在壁面上形成一层完整的液膜。后续蒸气冷凝只能在液膜的表面进行，也就是说蒸气冷凝放出的潜热，须通过液膜才能传给冷壁面。由于蒸气冷凝的给热系数很大，热阻很小，液体因导热系数小热阻又较大，因此管壁外这层液膜就成了冷凝换热的控制热阻。正因为如此，目前所有高效冷凝器的开发无一例外地都围绕着减薄液膜的厚度进行。例如选择蒸气和液膜同向流动、采用光滑管、表面镀膜、高温喷涂金属材料等。但上述方法或因效果不够理想，或因工艺复杂、成本较高，工业应用并不普遍。为了开发一种高效的冷凝器，人们不断地对其结构进行改进，但效果始终不甚理想。

　　本实用新型变常规的弓形折流板结构为新型的螺旋折流板结构。螺旋折流板换热器是一种很有应用前景的新型列管式换热器。流体在壳程呈螺旋状流动，消除了传统弓形折流板换热器存在的传热滞流区，较大幅度地降低了压降，提高了传热效率。由于蒸气呈螺旋状流动，避免了以往弓形折流板换热器中流体横向冲击管束时所产生的震动。本实用新型将这种螺旋折流板结构引入到常规的列管式冷凝器，管束由螺旋折流板与倒“V”形阻流板相间连接而成，即所谓的螺旋折流板冷凝器。蒸气在螺旋折流板间螺旋式向前流动。由于螺旋运动可以看作是圆周运动和轴向运动的合成，蒸气冷凝后形成的液膜实际上受到蒸气一种同向的推动力，而且气速愈大，这种推动力就愈大。在这种推动力的作用下，管壁上流动的液体抵达换热管与螺旋折流板的交接处时，便会顺折流板而下，从而起到减薄液膜厚度、提高冷凝传热速率的作用。

　　螺旋升角的大小可根据工艺要求确定。当工艺要求限定螺旋折流板冷凝器的螺旋升角较大(即螺距较大)、气速较低时，上述轴向推动力就显得作用十分有限。本实用新型发明的倒“V”形阻流板结构可使部分蒸气沿“V”形缺口向前湍动，对液膜起着推波助澜的作用。当螺旋升角小于25度时，可采用全封闭式三角形阻流板。

　　为了尽可能地减少冷凝器管束上液膜的厚度，本实用新型冷凝管的排列采用将常规的排列旋转一定的角度即旋转排列的方法，以保证冷凝液沿下一排管子的切向流过，液体切向的拽力缩短了液体停留的时间，减薄液膜厚度，减少冷凝传热热阻，提高冷凝传热速率。

　　由图1、图2可以看出，本实用新型主要由壳体(1)、管板(2)、冷凝管(3)、螺旋折流板(4)、阻流板(5)、定距管(6)等部件构成。在壳体(1)上设有蒸气入口(7)、不凝气出口(8)、冷流体入口(9)、冷流体出口(10)以及冷凝液出口(11)、排净口(12)等。螺旋折流板(4)与阻流板(5)顶角搭接组成螺旋主体。螺旋折流板(4)靠定距管(6)固定，冷凝管(3)从螺旋折流板(4)一一穿过，螺旋折流板(4)与管板(2)一同作为冷凝管束的支撑。

　　首先，根据工艺计算的结果确定螺旋升角当螺旋升角较小(这里指小于25度)时，采用常规的全封闭式三角形阻流板；当螺旋升角较大(大于25度)时，采用倒“V”形阻流板。倒“V”形阻流板的开口度，视蒸气的流速而定。

　　由蒸气在水平管外冷凝的Kere计算公式=0.725(32gn23dot)14]](式中n为垂直列上的管子数)可知∝n-23.]]例如n＝5，n-23=0.76,]]也就是说由于上4排冷凝液的影响，第5排管子的冷凝传热系数较列管子减少了24％！如图3(a)、(b)、(c)、(d)所示，常规的冷凝管排列不外乎直列(a)和错列两种，而错列又分为等边三角形错列(b)和正方形错列(c)两种。三种排列由于垂直列上管子的存在，冷凝液从上面各排流到下面各排时，液膜都会逐渐增厚，下面管子的传热状况均要受到影响，而且愈到下排影响愈为严重。为了改善这种状况，减少垂直列上管子的数目，减薄下一管排上液膜的厚度，本实用新型采用将(b)种排列旋转一定角度的(d)方式。旋转的角度应维持在上排冷凝管轴线的垂面为下排管子的切面。

　　权利要求1.一种用于膜状冷凝的螺旋折流板冷凝器，其特征是管束由螺旋折流板与倒“V”形阻流板相间连接而成，其螺旋升角的大小可根据工艺要求确定。

　　2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于当螺旋升角小于25度时，可采用常规全封闭式三角形阻流板。

　　3.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征还在于冷凝管采用了同现有冷凝管排列方式不同的旋转排列方式，此种排列方式可促使冷凝液沿下排管子的切向流过。

　　专利摘要一种可广泛应用于石油化工等领域膜状冷凝的螺旋折流板冷凝器。该冷凝器利用螺旋折流板特殊的折流形式、倒“V”形阻流板结构及优化后的螺旋升角改变蒸气的流速和流向，减薄作为冷凝过程控制热阻的液膜的厚度。特殊的冷凝管排列方式，可以减少垂直列上的管子数目，促使冷凝液沿下排管子的切向流过，从而限度地抑制液膜的生成速度，使冷凝传热系数得到幅度的提高，冷凝传热速率显著增大。
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