1. Ống xoắn là gì?

Mặt cắt ngang của ống xoắn là hình elip, là phần tử trao đổi nhiệt và đường dẫn dòng chảy trong ống là xoắn ốc, vì vậy nó được gọi là ống phẳng xoắn. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý kết nối giữa phần tử trao đổi nhiệt và tấm ống, hai đầu của ống elip vẫn được giữ tròn. Sự sắp xếp của các ống phẳng xoắn trong vỏ rất nhỏ gọn. Các cạnh bên ngoài của các ống truyền nhiệt liền kề giữ cho tiếp xúc điểm xoắn ốc để giảm thể tích của bộ trao đổi nhiệt và tăng không gian dòng chảy giữa các phần tử trao đổi nhiệt.

Ống xoắn là một loại ống truyền nhiệt tăng cường lần đầu tiên được trình bày bởi Công ty Allares Thụy Sĩ, và sau đó được cải tiến bởi công ty Brown Hoa Kỳ.

2. Cơ cấu và chế tạo ống xoắn

Đặc điểm củaống xoắnlà mọi mặt cắt ngang của ống đều có hình bầu dục, khi lắp ráp các bộ trao đổi nhiệt, chúng có thể được trộn bó (nghĩa là sử dụng hỗn hợp ống xoắn và ống trần), và cũng có thể là một bó ống xoắn nguyên chất.

Quá trình sản xuất bao gồm hai bước hình thành: "áp suất một phần" và "biến dạng". Tiết diện ống là loại elip, tỷ lệ trục dài và ngắn được thiết kế theo vận tốc dòng chảy trong ống truyền nhiệt. Khi tốc độ dòng chảy trong ống thấp, chúng ta có thể tăng tỷ lệ trục dài và ngắn, hoặc giảm bề mặt dòng chảy.

Ống xoắn thép liền mạch được sử dụng để sản xuất bộ trao đổi nhiệt là những ống hoàn chỉnh không có khớp. Các vật liệu phổ biến được sử dụng trong ống thép hiển thị trong biểu đồ dưới đây.

Loại vật liệu	Lớp vật liệu	Sản xuất tiêu chuẩn	Điều kiện cung cấp
Thép carbon	10、20/A1	ASTM A179 / A192 / A210	Điều kiện ủ
Hợp kim thấp	T5 / T11 / T22	TIÊU CHUẨN A213	Điều kiện ủ
Hợp kim niken	UNS6625 / UNS6852	TIÊU CHUẨN B444	Điều kiện ủ
Titan	Lớp 2	TIÊU CHUẨN B338	Điều kiện ủ
Hợp kim của đồng	C68700 / C70600 / C71500	TIÊU CHUẨN B111	Điều kiện ủ
Thép không gỉ Austenit	304 / 304L	TIÊU CHUẨN A213	Pickling &; thụ động
	316 / 316L
	310
	321
	347

3. Tăng cường nguyên tắc truyền nhiệt của ống xoắn

Cấu trúc độc đáo của ống xoắn có thể làm cho dòng chảy trong ống đi qua và vỏ đi qua trong chuyển động xoắn ốc cùng một lúc, bằng cách này nó tăng cường cường độ hỗn loạn. Hệ số truyền nhiệt của ống xoắn cao hơn 40% so với bình thường, nhưng áp suất giảm gần như nhau.

4. Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt với ống xoắn

1	Giảm áp suất thấp hơn	Dòng chảy dọc cho phép giảm áp suất tương đối thấp hơn khi so sánh với các thiết kế vách ngăn phân đoạn.
2	Hiệu suất truyền nhiệt cao hơn	Cho phép nhiều diện tích bề mặt hơn trong một kích thước vỏ nhất định, thông lượng có khả năng có thể được tăng lên dựa trên ứng dụng. Tăng hệ số truyền nhiệt phía ống có thể giúp tăng truyền nhiệt, dựa trên ứng dụng.
3	Tiền gửi ít hơn	Không có vùng mù trong vỏ
4	Loại bỏ rung động do thiệt hại	Do mô hình dòng chảy dọc nói chung của chất lỏng bên vỏ và cấu trúc hỗ trợ đa điểm của bó, khả năng rung động gây hại do dòng chảy gây ra được giảm thiểu.
5	Giảm thiểu ô nhiễm tiềm năng	Việc loại bỏ các vách ngăn bên vỏ giúp loại bỏ các điểm chết nơi trầm tích có thể tích tụ và bao phủ diện tích bề mặt truyền nhiệt.

 

5. Đặc điểm kỹ thuật của ống xoắnBộ trao đổi nhiệt

Hình: Hình tham số kích thước cơ bản của ống xoắn

Spec.	Chì St (mm)	Trục dài a (mm)	Trục ngắn b (mm)	Chiều dài của đầu trần L1(mm)
Φ8	200			Chiều dài tùy ý
Φ16	200			Chiều dài tùy ý
Φ19	200	23.0	13.0	Chiều dài tùy ý
Φ25	200	30.5	15.5	Chiều dài tùy ý
Φ32	200	37.0	22.5	Chiều dài tùy ý
Φ38	200			Chiều dài tùy ý

Lưu ý: Bảng trên là thông số cơ bản của ống xoắn tiêu chuẩn.ống xoắn có thể được sản xuất theo St và L, nếu có yêu cầu đặc biệt.

6. Ứng dụng của ống xoắn

Vì ống xoắn đã phát triển và cải tiến nhanh chóng trong những năm gần đây, nó đáng tin cậy và hiệu quả hơn nhiều, và hầu như có thể được sử dụng trong tất cả các bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống. Hơn 400 bộ trao đổi nhiệt ống xoắn đã được sử dụng từ năm 1984, và chúng có thể được sử dụng trong quá trình truyền nhiệt khí-khí, lỏng-lỏng và lỏng-khí, bao gồm hóa học, dầu khí, thực phẩm, sản xuất giấy, điện, luyện kim, khai thác mỏ và công nghiệp sưởi ấm đô thị.

7. Ví dụ ứng dụng của ống xoắn

Năm 1997, nhà máy lọc dầu Lan Châu đã thay đổi các bộ trao đổi nhiệt truyền thống trong bộ tẩy lông benzen Ketone thành bộ trao đổi nhiệt ống phẳng xoắn, được thiết kế và chế tạo bởi một công ty địa phương. Theo các thông số quy trình, HETECH đã được sử dụng để tính toán lựa chọn loại của bộ trao đổi nhiệt ống phẳng xoắn.

Ống xoắn, ống xoắn flate, ống xoắn vây nâu

Bảng: Các thông số liên quan của quá trình tẩy lông benzol-ketone

Khoản Vé ống Shell pass

Đau vừa Dung môi Nước nóng

Tốc độ dòng chảy / kg · h-1 5000.0 20000.0

Áp suất hoạt động/MPa 0.18 0.23

Nhiệt độ đầu vào/oC 130.0 200.0

Nhiệt độ thoát/oC 185.0 190.0

Mật độ tương đốid420 0.83 1.0

Nhiệt độ khi viscometry / oC 50 100 50 100

Độ nhớt / mm2 · s-1 13.4 5.6 0.556 0.296

Chống bám bẩn/W· (m2· K)-1 0.0002 0.0002

Lựa chọn &; tính toán bộ trao đổi nhiệt ống phẳng xoắn:

Họ đã chọn hai đơn vị trao đổi nhiệt ống phẳng xoắn (Số là LCLF600-2.5-74.5-6 / 25-6 (ST = 250)) bằng cách tính toán thay vì hai đơn vị trao đổi nhiệt tấm vách ngăn ban đầu (Số BES800-2.5-145-6 / 25-6 (B = 300)). Bề mặt truyền nhiệt của mỗi thiết bị gần như tiết kiệm gần gấp đôi thiết bị ban đầu. Xem xét sự sụt giảm áp suất của vỏ đạt, và đây là lần đầu tiên sử dụng loại trao đổi nhiệt này, chúng tôi đã chọn bộ trao đổi nhiệt DN600mm. Trong các thông số cấu trúc, chúng tôi vẫn chọn ống truyền nhiệt Φ 25 mm, có khoảng cách ống là 32 mm, sắp xếp là vòng quay vuông 45 °, để tạo điều kiện cho dòng chảy và làm sạch trong vỏ. Chúng tôi đã chọn dây dẫn tối ưu của ống phẳng xoắn trong thí nghiệm truyền nhiệt ống đơn: 200, 250 và 300 mm. Đối với cùng một ống phẳng xoắn chì, hiệu suất truyền nhiệt và điện trở của ống Φ 25 mm rõ ràng là tốt hơn so với ống Φ19 mm. Chì cũng có mối quan hệ trực tiếp với hệ số truyền nhiệt, nếu dây dẫn quá nhỏ, vận tốc dòng chảy tăng, tiếp điểm của chuỗi xoắn tăng, nó tăng cường chức năng của dòng chảy đánh thức, và cải thiện hệ số truyền nhiệt, nhưng tăng điện trở; Nếu chì quá lớn, vận tốc gần như không thay đổi, hiệu quả truyền nhiệt không rõ ràng. Do đó, chúng tôi đã chọn dây dẫn cho 250 mm.

Bảng: Kết quả tính toán quá trình

Tải nhiệt 248,2kW

Hệ số truyền nhiệt màng trong đường ống 371.0 / W · (m2· K)-1

Hệ số truyền nhiệt màng trong vỏ vượt qua 2872.3 / W · (m2· K)-1

Tổng hệ số truyền nhiệt màng (sạch) 328,6 / W · (m2· K)-1

Tổng hệ số truyền nhiệt màng (tiền gửi) 286,3 / W · (m2· K)-1

chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit 32,5 / oC

Chênh lệch nhiệt độ trung bình hiệu quả 29,0/oC

hệ số hiệu chỉnh chênh lệch nhiệt độ 0.895

Tổng áp suất giảm trong ống đi qua 17,7 / kPa

Tổng áp suất giảm trong vỏ vượt qua 0,6 / kPa

Diện tích truyền nhiệt (tính toán) 29.9/ m2

Khu vực truyền nhiệt (thiết kế) 74.5/ m2

Sự sung túc của bề mặt truyền nhiệt 149.5%

Bảng: Thông số cấu tạo của bộ trao đổi nhiệt

Đường kính vỏ 0,6m

Kiểu Xoắn ống phẳng

Số lượng ống truyền nhiệt/

Số lần vượt qua ống 158/6

Quy cách Φ25×2,5mm

Chiều dài 6phút

Sân ống 32mm

Xác định vị trí loại Hình vuông xoay

Chì 250mm

Số lần vượt qua vỏ 1

Loại tấm vách ngăn dòng chảy Sự không có

Khu vực truyền nhiệt 75m2

Đường kính đầu ra của đường chuyền ống 150mm

Đường kính đầu ra của mặt vỏ 150mm

Thiết kế kết cấu:

Là bộ trao đổi nhiệt tấm vách ngăn cung truyền thống, bộ trao đổi nhiệt ống phẳng xoắn bao gồm bó, vỏ, hộp ống, nắp đầu nổi và nắp đầu bên ngoài. Sự khác biệt chính là cấu trúc của ống truyền nhiệt và bó ống, các bộ phận khác, chẳng hạn như tấm ống cố định, tấm ống nổi và ống kéo hoàn toàn giống nhau.

Hai đầu của ống phẳng xoắn giữ thẳng, giúp dễ dàng lắp ráp ống truyền nhiệt và kết nối tấm ống. Mỗi mặt cắt ngang của ống phẳng xoắn là hình bầu dục, trục dài và trục ngắn được xác định bởi cao độ ống.

Họ có thể hỗ trợ lẫn nhau bằng cách dựa vào các điểm xoắn ốc bên ngoài; Mỗi ống có bốn điểm để tiếp xúc với bốn ống xung quanh. Phần còn lại có thể được suy luận bằng cách tương tự rằng chúng hỗ trợ lẫn nhau và có chức năng tự hỗ trợ. Và hướng của ống quay trong mỗi mặt cắt ngang được yêu cầu phải nhất quán, để đảm bảo dòng xoắn ốc trung bình trong vỏ đi qua.

Vì có sáu đường chuyền ống, không có ống nào trong vỏ vượt qua vị trí của vách ngăn. Thiếu hỗ trợ một bên, nó sẽ mất cân bằng, và dòng rò rỉ và ngắn mạch có thể xảy ra. Do đó, vách ngăn đã được thiết kế.

Vì bó ống dài 6 mét và độ lệch lớn, không có tấm vách ngăn, có thể xảy ra rung và sập ống trong quá trình hoạt động và ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị. Vì vậy, họ đã thiết kế 8 nhóm bó dây đai thép bên ngoài các bó ống, nó có thể tránh các bó ống bị lỏng lẻo và tăng cường tính toàn vẹn của nó. Mỗi đai thép thêm một vách ngăn vòng, đường kính ngoài của nó là 4 ~ 5 mm, nhỏ hơn đường kính trong vỏ. Và mở bốn kênh trượt được mở từ trên xuống dưới của vách ngăn, vì vậy nó được nhúng hai bộ van điều tiết trượt theo hướng thẳng đứng dọc theo bó ống. Điều này có thể ngăn chặn rò rỉ by-pass, và tạo điều kiện bó ống vào vỏ.

Có một xi lanh dự thảo ở đầu vào và đầu ra của bó ống. Trước hết, nó có thể làm giảm diện tích ứ đọng chất lỏng gây ra bởi khoảng cách giữa ống và tấm ống, và tăng chiều dài truyền nhiệt hiệu quả của ống; Thứ hai, nó có thể đóng vai trò hỗ trợ cho bó ống. Cuối cùng, nó có thể làm giảm sự xói mòn của chất lỏng trên ống truyền nhiệt.

Vì kích thước mặt cắt hình trụ của ống phẳng xoắn lớn hơn ống trần, sau khi lắp ráp bó, các ống trở nên gần đầu vào và đầu ra hơn, điều này sẽ làm giảm bề mặt lưu thông và tăng áp suất giảm. Để giải quyết vấn đề này, các phương pháp điều trị như sau:

Một hàng ống vẫn thẳng trong 500mm từ đầu gần đầu vào và đầu ra, chiều dài của trục xoắn ốc, ion hơi giảm, , , y giảm, ít ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt, nhưng nó làm tăng khoảng cách từ đây đến phần và bề mặt dòng chảy của ống bên trong bể và giảm áp suất giảm. Mở nhiều lỗ nhỏ trên xi lanh dự thảo, cũng có thể làm giảm sự sụt giảm áp suất ở đầu vào và đầu ra.

Thiết kế này sử dụng phương pháp hàn cường độ và giãn nở, không chỉ đảm bảo cường độ kết nối của ống và tấm ống, mà còn đảm bảo hiệu suất niêm phong, tránh ăn mòn kẽ hở.

Đến cuối năm 1998, hai thiết bị đã được sử dụng, chúng đã chạy tốt cho đến nay và được người dùng khen ngợi. Sau đó, thiết bị áp suất bình thường đòi hỏi nhiều bộ trao đổi nhiệt trong nhà máy lọc dầu Lan Châu, môi trường chế biến bao gồm: dầu thô, dầu bốn dòng bình thường, cắt bốn, cắt năm, cắt sáu dầu và bùn, v.v. có độ nhớt cao, và hoàn thành thiết kế quy trình và tính toán lựa chọn, đường kính của nó giảm 1 đến 2 mức so với các bộ trao đổi nhiệt truyền thống, có thể tiết kiệm khoảng 30% đầu tư.