几种翅片管换热器的应用研究

　　蒋 翔 李晓欣 朱冬生

　　(华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州)

　　摘 要 介绍了翅片管换热器的特点、材料及型式，列出了3种翅片管换热器的应用示例，分析了在不同应用条件下翅片管的应用情况，并给出了应用结果，为翅片管换热器的应用方法提供了借鉴，*后分析了新型AIF

　　翅片管换热器的研制及应用。

　　关键词 翅片管，换热器，应用，研制

　　换热器是工业传热过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，同时其理论研究也相当深入[1，2]。多年来，各工业部门广泛地应用列管式换热器，随着科技及工业的发展，要求换热设备紧凑、轻巧、高效并小型化，而一般的列管式换热器不能满足上述要求，这就促使人们去研究高效换热器。其中翅片管换热器和板式换热器是人们研究得*多的两种高效换热器[3]，翅片管是组成翅片管热交换器的核心元件，其质量的优劣直接影响到热交换器的工作性能[4]。

　　华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室多年来致力于翅片管的研究及应用，所研制的翅片管换热器已在多家企业应用，取得了良好的科技、经济及社会效益[5]。结合以前研究应用的数据与经验，本文从产品应用的角度对翅片管换热器进行阐述，试图为推进翅片管换热器的研究发展，并为翅片管换热器的设计、应用提供一些借签。

　　翅片管的特点、材料及型式

　　翅片管与光管相比，在消耗金属材料相同的情况下具有更大的表面积，从直观看属于**次强化传热，但实质上换热面积增大的同时带来了传热系数的提高，达到二次强化传热的目的。其特点就是能有效增加传热面积和增大传热系数，并且比较容易制造并保证操作的稳定性。

　　换热器翅片管材料应根据换热器的用途和操作条件等不同而选择，目前常用的材料有铝、铝合金、铜、黄铜、镍、钛、钢、因康镍合金等，其中以铝和铝合金用的*多。对于翅片管式换热器母材的基本要求是有较好的钎焊性和成型性、较高的机械强度及良好的耐腐蚀性和导热性。铝及铝合金不仅满足了这些要求，而且具有延展性和抗拉强度随温度的降低而提高的特性，所以在世界各国的紧凑式换热器中，特别是在低温的紧凑式换热器中，已经获得了*为广泛的应用[ 6]。

　　翅片管换热器所用翅片管有内翅片管和外翅片管两种，其中以外翅片管应用较为普遍。外翅片管一般是用机械加工的方法在光管外表面形成一定高度、一定片距、一定厚度的翅片。翅片管的型式有螺旋翅片管、套装翅片管、滚轧式翅片管[7]、板翅式翅片管。

　　2 DT翅片管换热器的应用研究

　　2.1应用条件

　　广州石化技改项目中的润滑油511换热器，其设计条件为：壳程介质为N32汽轮机油，出入口温度分别为37℃和60℃，操作压力为1.2 MPa，流量为0 .0133 m3/S；管程介质为循环水，出入口温度分别为42℃和34℃，操作压力为0.4 MPa。

　　现在正在使用的两台换热器达不到使用要求，必须进行改造。由于是在原来的基础上改造，故对换热器的占地面积及安装方式有严格的要求。现场规定换热器外径不超过350 mm，长度不超过4.5 m，且原来的接管不能改动。

　　2.2应用分析研究

　　通过计算得到，热负荷为534 kj/s，所需循环水量为0 .016 m3/S。如选用光管换热器，各项参数如下：计算总传热系数为445.6 W/㎡·℃，所需传热面积为143 ㎡，壳程压降为14.13 kPa（不考虑折流挡板）。若采用光管，取管长为6 m，管径为φ16mm×1.5mm时，传热面积为0.301 m2／根，所需管数476根，壳体外径0.36 m，但还不能满足使用要求。

　　为达到上述使用要求，采用了DT形翅片管换热器。T形翅片管换热器是华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室研制的系列翅片管换热器的一种，其产品已工业化，且设计关联式已经于长岭炼油厂等厂验证[8]。DT形翅片管是T形翅片管的一种改进型式，主要用于温度较低对流换热。

　　如采用DT翅片管，用已经过工业验证的关联

　　式设计，得到换热器设计及操作参数如下：计算总传热系数735.7 W/ m2·℃，所需传热面积90 m2，壳程压降19.47 kPa（不考虑折流挡板），取管长为4m，管径尺寸φ16 mm×1.5 mm时，所需管数122根，壳体外径0.325 m，能够满足使用要求。

　　为何DT翅片管能如此有效的强化传热呢？这是由DT形翅片管的特殊结构决定的，如图1所示，DT形翅片管的翅片设计成T形，在靠近管壁的翅片薄一些，而远离管壁的地方翅片厚一些，这些翅片构成一倒T形的腔。据实验观察及应用研究分析，这样的设计，一是T形翅片的表面积能有效增大，从而有效增大了传热面积，大概是光管的3.5倍左右；二是T形翅片及T形腔均能够增强流体湍动程度，改善流体流动状况，从而有效增加了传热系数；三是能产生内循环效应，由于DT翅片内T