1、浅谈波纹管换热器的高效节能作用摘要：文章叙述了波纹管换热器在纯碱厂蒸氨系统的应用，并与板式换热器的使用情况进行了经济技术对比，提出波纹管换热器在蒸氨系统的应用是很成功的，具有强大高效的换热功能，值得大力推广和使用。关键词：蒸氨 波纹管换热器钛板换热器结构特点 中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号： 波纹管换热器是二十世纪九十年代末最新研究开发出来的高效节能产品，它的出现是传统的换热技术又进行了一次大的革命。在工业化生产中，最为常用的换热设备有管壳式换热器、板式换热器、空冷器、套管式换热器、蛇管式换热器、间壁式泡沫换热器、水箱式换热器以及其他类型的特殊换热器。在氨碱法纯碱生产过程中，最
2、常用的换热器有碳化塔、吸收塔、炉气冷凝塔所用的冷却水箱，蒸氨塔所用的钛板换热器和螺旋板换热器，以及氨盐水系统所用的钛板换热器等。我公司于 2001年 3 月在蒸氨系统采用了一台 11005059mm 的波纹管换热器（换热面积 A=240m2）来代替原设计的钛板换热器，经过几年的生产运行，该波纹管换热器显示出了强大的高效节能作用。 1、波纹管换热器的结构特点： 波纹管换热器属于列管换热器类，它有壳体、管束、管板和封头等几部分组成，壳体呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。在换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面为传热面。在
3、壳体内安装有六块或不等的折流挡板，不仅可防止流体短路、增加流体速度，而且还可以迫使流体按规定路经多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。波纹管换热器的管程采用的是钛材质波纹管，非普通直管，其特点为： 传热效率高。这是由于换热器采用波纹形式，关内外流道截面连续不断地突变，造成流体流动即使在流速很低的情况下也始终处于高度湍流状态，难以形成层流底层，使得对流传热的主要热阻被有效地克服，管内外传热被同时强化，因而传热系数很高，一般为直管式的 23 倍，冷凝效率更高。 防垢能力强。这是由于流道内流体的高度湍流特性，使得流体中的微粒难以沉积结垢，即使有少量垢生成，由于波纹管上存在管壳程温差应力而产生的应变，
4、这一应变使得具有弹性特征的波纹管曲率发生微观变化，从而使波纹管换热器具有自然防垢和自然除垢的能力。介质在管内外强烈湍流对管壁冲刷强烈，波纹管表面的光滑弧线能抑制水垢的生成和生长。 波纹管式柔性元件，在温差和压差较大的场合具有补偿性能，大大降低管板和筒体应力，不易拉脱、泄露。 采用优质材料，降低材料消耗，增加设备抗腐蚀能力，延长设备寿命。 体积小，占地面积小，水耗、电耗少，运行维护费用低。 独特的完全自由成形工艺，没有强烈形变，无晶间缺陷，应力分布均匀。 2、波纹管换热器的传热特点： 物质间热交换过程有三种：热辐射、对流传热和热传导。化工中常遇到的是温度不太高的流体间的热交换问题,此时辐射传热通
5、常可不予考虑。热量自热流体传到间壁表面的一侧,或自间壁另一侧表面传给冷流体,都属于对流传热。对流传热是在流体流动的过程中发生的热量传递现象,所以和介质流动的情况密切相关。即使是在湍流流动的情况下，流体主流中由于旋涡丛生，流体各部分相互混合，所以热阻很小，从而在和流体流动方向垂直的截面上，湍流中心区各点流体之间的温度趋于一致；但在紧靠壁面处，总有一层流体膜顺着壁面作层流流动，称为层流底层。在冷流体一侧，热量在传入冷流体主体之前，必须首先通过它。由于通过这层流体膜的传热是以导热方式进行的，所以流体膜虽薄，却是对流传热的主要热阻，温度降也主要集中在层流底层中。 3、两种换热器的运行情况对比： 板式换
6、热器是二十世纪七十年代开发使用的高效换热设备。是由一组金属薄板衬以垫片并用框架夹紧组装而成的高效换热器。冷、热流体分别在板片两则流过，通过板片进行换热。板片厚度为 0.53mm。由于板片压制成各种波纹形状，既增加了刚度，又使流体分布均匀，加强湍流，故而传热系数较高。通过几年的生产运行，钛板换热器存在以下问题：、由于母液中夹带大量的细晶，导致钛板换热器结疤於塞非常严重，致使系统阻力大，换热效率低；、钛板换热器酸洗、检修、清理工作大，且检修费用高；、由于母液冲刷腐蚀严重，导致钛板换热器寿命将低 。 在正常满负荷生产中，两座蒸氨塔的生产能力相同，当单塔母液蒸量为 105m3/h 时，塔顶出气量为 3
7、3281Nm3/h,波纹管的换热面积为 240m2,两组钛板换热器的换热面积为 240m2。 Q1=K1A1tmA Q2=K2A2tMB Q1=Q2 A1=A2 K1tmA=K2tmB K1=1.6K2 由以上计算与分析可以看出，在正常情况下，波纹管换热器比钛板换热器的换热系数高 1.6 倍，同时钛波纹管换热器比钛板换热器在结构上更具有优势： 、波纹管换热器将液体流动全部改为湍流状态，使得冷热流体的给热系数全部提高，从而提高了总的换热系数； 、波纹管换热器将污垢热阻消除为零，而钛板换热器要受到污垢热阻的影响，从而使波纹管换热器的总换热系数又有很大的提高； 、因为钛波纹管换热器和钛板换热器的材质
8、相同，冷热流体的介质也均相同，因此，其换热器传热系数的高低只取决于给热系数和热阻问题，提高给热系数和降低热阻是提高换热系数的最有效途径。 4、两种换热器的经济效益对比： 1、节省蒸气费用： 根据查定数据：1#蒸氨塔的蒸气消耗为 0.2711T/m3,2#蒸氨塔的蒸气消耗为 0.2799T/m3，每天节省蒸气为（0.2799-0.2711）10524=22.176 吨，全年节省蒸气量为 22.17243 天=5389 吨（每座蒸氨塔全年运行 243 天左右） ，全年节省费用为 538918.72 元/吨=10.09 万元。 2、节约循环水费用： 根据查定数据：1#蒸氨塔的循环水消耗未 40m3/
9、h,2#蒸氨塔的循环水消耗为 90m3/h,每天节省循环水量为(90-40)24=1200m3,全年节省循环水量为 1200243=291600m3,全年节省费用为 2916000.08=23328 元。 3、节省检修费用： 钛板换热器由于其结构的特殊性，在正常生产运行中，常常会发生因板片间有细碱於垢和结疤等现象，从而影响换热效果和系统阻力增大等问题，必须定期进行酸洗和清理，才能达到正常使用要求。每年需要酸洗钛板 4 次，酸洗费用为（2 吨415 元+1000）4=7320 元，钛板换热器每两年必须进行拆解清理，每年检修费用为（166 片185 元+1000元）2/2=31710 元（因每次拆
10、解钛板必须重新更换密封胶垫，每付胶垫185 元） 。而波纹管换热器既不需要酸洗，也不需要拆解，因此，每年可以节约检修费用为 39030 元。 4、节省投资费用： 钛板换热器的使用寿命为 5 年左右， （因母液中夹带细晶，在母液与氨气换热过程中，母液对钛板冲刷腐蚀严重，从而导致母液钛板寿命缩短。 ）一次性投资为（1661200+166185）2=459820 元，而波纹管的使用寿命为 15 年左右，一次性投资为 100 万元，节省投资费用为4598203-1000000=379460 元，即每年可以节省投资费用 25297 元。 6、社会效益： 优化了蒸氨塔的操作，蒸氨系统阻力减少后，减少了蒸氨
11、操作事故的发生，预灰桶水银封几乎未被吹出过，也减少了蒸氨塔因塔内结疤，操作压力波动经常导致蒸氨塔堵塔事故的发生，对全厂稳定生产起到了至关重要的作用。 减少了因长期酸洗钛板，对厂房和设备的腐蚀程度，也减轻了检修工的劳动工作量。 设备占地面积小，安装检修方便，有利于厂房和设备的进一步改造和挖潜。 提高了热母液温度和预分解效果，热母液温度提高了 40 度，系统压力降低，更加有利于氨和二氧化碳的蒸出。 5、结束语： 用波纹管换热器替代钛板换热器，充分发挥了高效节能的作用，同时也为同行业蒸氨出气系统进行技术改造开拓了美好的前景和思路，值得在全行业大力推广和使用。 参考文献： 1、中国纯碱工业协会 .纯碱工学M1992.07 版 2、天津大学.化工原理M.第 2 版.天津科学技术出版社. 1988 版 3、 化学工程手册编辑委员会.化学工程手册M. 化学工业出版社 1989 版 4、刘红.波纹管换热器性能与效益分析J.因特网 5、王月娥.纯碱工业M.20022003 版
