大型合成氨工艺及设备国产化技术攻关项目鉴定

由华南理工大学化学工程研究所承担的七五计划大型合成氨(含尿素)工艺及设备国产化一条龙技术开发攻关项目(高效传热元件),于1992年9月19日在湖南省长沙市通过了化工部组织的技术鉴定。开发的新型高效传热元件为横纹槽管(含缩放管),同时开发了相应的壳程支承结构。横纹槽管(含缩放管)的特点是加工     

大型合成氨工艺及设备国产化攻关项目——高效传热元件通过化工部鉴定

<正> 由华南理工大学化学工程研究所承担的七五计划大型合成氨(含尿素)工艺及设备国产化一条龙技术开发攻关项目——高效传热元件,于1992年9月19日在湖南省长沙市通过化工部组织的技术鉴定。 该新型高效传热元件为横纹槽管(含缩放管),同时开发了相应的壳程支承结构。横纹槽管(含缩放管)的特点是加工简单、传热性能好、运行费用低、耐腐蚀和抗污垢能力强,能保证换热     

高效换热器的研制及工业应用

一、前言为配合引进技术消化吸收,尽早实现生产工艺及设备国产化,我们承担了“七五”计划大型合成氨(含尿素)工艺及设备国产化一条龙技术开发攻关项目(高效传热元件)。经过四年的努力,开发了横纹槽管和缩放管及其相应的壳程支承结构和管型加工技术,研究了横纹槽管和缩放管换热器的传热与流阻性能,并在合成氨生产厂和炼油厂进行了工业应用试验。     

新型高效换热器在化工生产中的应用

本文介绍横纹槽管和缩放管两种传热元件及其换热器。     

管壳式换热器强化传热技术进展

介绍了管壳式换热器强化传热技术的最新进展及技术动向。管程强化传热采用螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管等传热元件,壳程强化传热采用弓形折流板支撑、折流杆式支撑、螺旋折流板支撑、空心环网板支撑、旋流网板支撑和管子自支撑等管束支撑结构。随着技术的进步,目前节能、高效的旋流网板急扩加速流缩放管管壳式换热器已广泛应用于硫酸生产中,提高了转化工序热能利用效率。     

高效传热设备的发展现状

利用强化传热和流体力学的原理，开发了横纹槽管（含缩放管），管束的支承结构为波网、空心环和折流杆结构。试验结果表明，在相同功率消耗和相同传热量条件下，传热面积减少３０％～５０％。用于炼油厂渣油－原理换热，传热系数提高８５％。用于小合成氨厂，传热面积可节省６８％。     

高效换热元件——横纹管

本文综述了高效换热元件——横纹管的基础研究、工业应用和制造技术的进展概况,同时介绍了横纹管对有相变(包括两相流)、无相变传热强化机制和流体力学特性以及抗垢性能的影响。     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明:从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu_(ST)越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu_(ST)影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

横纹槽管滚轧加工及强度研究

针对中小型化工设备厂加工现状，研究开发了加工具有强化传热作用的横纹槽管滚轧机头，并考查了滚轧加工的横纹管强度性能，研究结果表明，这种横纹槽滚轧机头具有结构简单，制作容易，操作方便，生产成本低等优点，加工出的横纹槽管能满足常规中，低压换热器使用要求。     

高压电场强化空气对流传热实验及其数值模拟

以空气为实验介质,对水平光管、横纹管、缩放管和螺旋槽管的强制对流传热进行了高压电场强化实验,研究了高压电场强化传热的一些基本规律。实验验证了当外加高压大于15 kV后,对强制对流传热有较好的综合传热效果,最大强化率达2.8,而阻力系数的增大倍数在1.5—1.9。并对横纹管进行了数值模拟,从场协同的角度研究了速度场与温度场夹角对传热膜系数的影响。结果表明,速度、温度梯度的大小,及两者夹角的余弦值均会影响传热效果,在三者的值都是最大的位置,其传热膜系数也最大。     

强化传热技术在硫酸工业中的应用研究

随着强化传热拽术的不断发展,近年来国内外已研制出多种类型的异形强化管,例如螺旋槽管、横纹管、缩放管、双面整体型低翅片管等。有的强化管具有管内外两侧同时强化流体对流传热的作用,例如缩放管等,特别适合于硫酸生产中的二氧化硫气—气换热。在湍流条件下,流体对流传热热阻集中于近壁处流动滞流底层中,当各种强化管选取最佳的表面粗糙度尺寸,就能获得良好的强化传热效果,即以较低的流体输送功耗为代价,获取较高的对流给热系数,以此提高换热器的传热性能。     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明：从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu _ST越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu _ST影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

折流杆式薄管板水冷却器的开发

针对我公司合成氨装置净化气水冷器存在传热效率低、极易失效等问题 ,开发以薄管板、横纹槽管、折流杆、简易导流筒为特征的高效换热器予以取代 ,实现了造价低、效率高、使用单位满意之目的。     

横纹管强化吸收器的传热传质实验研究

在吸收式热泵的吸收器中,利用LiBr水溶液为工质,对横纹管强化管外降膜吸收过程进行了研究。实验结果表明:影响横纹管传热强化的主要因素为LiBr水溶液喷淋密度、横纹管结构参数节距和槽深,各个因素对强化效果影响不同;与光管相比,横纹管的传热传质效果明显得到了增强,但是不同结构参数节距与槽深的横纹管,其强化传热传质的效果不同。在实验范围内,横纹管强化LiBr溶液吸收水蒸气的传热系数是光管的2.1—3.25倍,传质系数是光管的1.25—1.93倍。     

折流杆式薄管板水冷却器的开发

针对该合成氮氨装置净化气水冷却存在传热效率低，极易失效等问题，开发以薄管板、横纹槽管、折流杆简易导流简为特征的高效换热器予以取代，实现了造价低、效率高之目的，使用效果很好。     

折流杆式薄管板水冷却器的开发

针对合成氨装置中净化气水冷却器存在的传热效率低,易失效等问题,开发以薄管板,横纹槽管,折流杆,简易导流筒为特征的高效换热器予以取代,实现了造价低,效率高,使用效果满意之目的。     

新型外螺纹横纹管管外强化传热分析

通过对横纹槽管和外螺纹换热管的研究,结合两者的特点,提出一种新型的管外强化传热换热管——外螺纹横纹管。并通过数值模拟的方法,对外螺纹横纹管与普通横纹管管外传热及流动阻力进行了对比分析。结果表明,在低雷诺数区域,外螺纹横纹管能较大程度上强化管外传热,最大强化比例达到42%。对比了不同螺纹尺寸的外螺纹横纹管管外流动和传热特性,结合阻力情况,得出螺纹牙较低的外螺纹波节管具有更好综合性能的结论。     

横纹管甲醛废热锅炉及甲醇混合气加热器的开发与应用

本文报道了横纹管(Transversally Corrugated Tube,简称TC管)甲醛废热锅炉及甲醇混合气加热器的开发与应用。传热性能的工业测试结果表明横纹管对甲醛废热锅炉及甲醇混合气加热器均有显著的传热强化效果,其总传热系数可达光滑管的两倍以上。这项横纹管传热强化技术可在甲醛及其它行业类似换热设备中普遍推广并获节能省材的双重效果。     

管内层流强化传热的数值模拟

通过数值模拟,研究了85%甘油在含旋流片缩放管管内的传热与流阻特性,并与光滑管、缩放管的传热与流阻特性进行了对比。研究结果表明,层流时含旋流片缩放管的综合因子大于缩放管,且缩放管内插入6个小角度旋流片具有更好的传热性能。在有旋流片段可以通过减薄边界层厚度与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低流体的输送功耗。     

空气压缩机后冷却器传热强化试验研究

以横纹管、光滑管为元件，以压缩空气－水为介质的整机对比试验结果表明，横纹管对于压缩空气的冷却有显著的传热强化效果。在试验的压缩空气质量流量范围内，横纹管冷却器的总传热系数比光滑管冷却器的提高７７％～６６％。在额定的质量流量条件下，横纹管的总传热系数提高７５％，可相应节省换热面积４３％。横纹管冷却器的总压降约比光滑管的高一倍。文内还讨论分析了横纹管的传热强化机理。