波纹管换热器

工业设备

波纹管换热器是在传统的列管式换热器的基础上，应用强化传热理论及换热管独特的波峰与波谷的设计，使换热器的性能有了重大突破。

简介

波纹管是在普通换热管的基础上经特殊工艺加工而成的一种管内外都有凹凸波形，既能强化管内又能强化管外的双面强化传热管。从波形上分为螺旋形波纹和环形波纹二大类。由于螺旋型波纹管接头部位难处理从而使其使用受限，故现在广泛使用的是环形波纹管。其中环形波纹管分为波谷型波纹管、梯形波纹管、缩放管、波节管等几大类。

波纹管换热器坚固、耐用、安全、可靠等优点，同时又克服了其换热能力差、易结垢等特点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

波纹管换热器结构

波纹管换热器的结构按管板、壳体及其配合部分的形式可分为固定管板式、浮头式、釜式、U型管式四种结构型式，与管壳式换热器中的固定管板式、浮头式、釜式及U 型管式四种结构型式大体上相同，所不同的是内部主要传热元件（换热管）不同而已。波纹管换热器采用带波纹的换热管，而管壳式换热器采用光滑的直管作为换热管。具体选用哪种类型的换热器要根据工作条件全面衡量．同时应选择合适的流速来提高传热系数。

波纹管换热器的传热特点

1、传热原理

化工生产中的物质间热交换常遇到的是温度不太高的流体间的热交换，热量自热流体传到间壁表面的一侧，自间壁另一侧表面传给冷流体，以对流传热为主。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。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。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。

2、提高换热系数的途径

传热学传热速率公式如下：

式中：

——换热量；

——换热系数；

——换热面积；

——传热温度差。

从公式可以看到，换热量和换热系数K成正比，要提高换热器的热交换能力，就必须想办法提高换热系数值。

提高换热系数K值有如下途径：

1)减少层流层，增加湍流层，从而提高对流传热系数，由传热学得知，值主要取决于对流传热系数，因此，必须设法同时提高流体两侧的对流传热系数。

2)减少传热距离，即减少换热管壁厚。

3)提高传热系数，此问题可以通过选用导热性能好的换热管材料实现。

4)降低污垢热阻，当污垢热阻起很大作用时，必须设法减慢污垢生成速率或清洗。

适用范围

波纹管换热器主要适用于管内外介质有加热、冷却热交换的场合。其换热管材料为碳钢、铜、薄壁不锈钢。其内壁能改变流体流动状态，外壁能增大传热面积和扰动，从而达到双面强化传热的目的。

波纹管换热器的传热系数是普通管壳换热器的1.2～2.4倍，由于波纹换热管的特殊波形截面具有很好的补偿能力，管板热应力不会出现因拉应力大产生裂纹而失效。

性能特点

1.传热效率高

波纹管换热器是依靠独特的传热元件—波节管来实现的。波节管特殊的波峰与波谷设计，使流体流动时由于管内外截面连续不断地突变形成强烈湍流，即使在流速很小的情况下，流体在管内外均可形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统管式换热器高 2—3 倍。

2.不污不堵不结垢，运行平稳。

波纹管在工作过程中，一方面管内外介质始终处于高度湍流状态，使得介质中的固体微粒难以沉积结垢；另一方面受介质温差影响，波节管会产生微量的轴向伸缩变形，管内外的曲率会随之频繁变化，由于垢层和波节管的线膨胀系数相差很大，所以污垢和换热管之间会产生较大的拉脱力，即使有水垢沉着也会因此破裂而自动脱落，从而使换热器始终保持持久、高效的换热性能。同时管路通道大，压降小、节能效果明显，也不存在堵塞问题。

3.具有自动补偿功能

波纹管的特殊结构形状，使其在受热情况下，可有效的降低热应力，无须加设膨胀节，从而简化了产品结构，提高了产品的可靠性。

4、体积小，投资少省

由于传热系数明显提高，因而相同换热面积的情况下，外形尺寸减小，从换热器的寿命及运行费用等综合来考虑，相对投资较小。

5、采用优质的钛材料，设备抗腐蚀能力高，设备使用寿命长。

6、体积小，占地面积小，运行维护费用低。

7、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。

纹波管换热器不适用的范围

波纹管换热器是从传统的管壳式换热器发展起来的，但是并不是所有的管壳式换热器都可以用波纹换热管。

目前常用的有四种型式换热器：󰀁固定管板式换热器；󰀁浮式换热器；󰀁填料函式换热器；󰀁U型管式换热器。其中固定管板式换热器最适合采用波纹换热管；浮头式换热器和填料函式换热器也比较适合；U型管式换热器不适合，具体原因如下：

(1)固定管板式结构形式紧凑，强化传热效果明显。波纹换热管又有一定热补偿能力，在某些场合可省去按常规需要的膨胀节。

(2)使用填料函的目的与使用浮头式的功能相近，都是为了保证管束有一定的自由伸缩，从而省去膨胀节，并易于清洗管束。如果在浮头式换热器和填料函式换热器中采用薄壁波纹换热管，那么薄壁波纹换热管具有的轴向补偿功能就不能发挥出来。因此填料函式换热器和浮头式换热器也不是较好的应用波纹换热管场合。但是，采用波纹换热管所达到的强化换热效果与固定管板式的强化换热效果一样。

(3)用波纹换热管弯制U型管难以实施。按GB151—89规定：󰀁32换热管的最小弯曲半径Rmin=65mm；󰀁=42换热管的最小弯曲半径Rmin=85mm。首先，因为弯曲半径过大，布管数会明显减少使整台换热器的换热面积锐减。其次是由于波纹换热管较薄，相对壁厚很小，弯制时极易起绉。

波纹管换热器与普通换热管的区别

1、传热效率

波纹管由于存在波峰与波谷设计，使流体流动时由于管内外截面连续不断地突变形成强烈湍流，即使在流速很小的情况下，流体在管内外均可形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数。

2、换热面积

与光管比较，波纹管的凹凸结构增加了冷热流体的接触面积，相同换热能力下，能够缩短换热管长度。

3、结垢性能

流体流经波纹管的变截面后，产生小漩涡，不断冲刷边界层，在较低流速下形成湍流状态，污垢不易聚集，阻碍了污垢层的形成。

波纹管换热器的防护及运输

1、波纹换热管用水进行液压试验后，应将水清除干净，当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25ppm。实际使用中也应注意这一要求，避免不必要的损失。

2、尚没安装使用的换热器应尽量避免露天存放。如果无库房不得不露天存放时，应将各接口用防水材料封死，以避免雨水侵入而腐蚀换热管。实际上有存放不当，尚未安装使用即告腐蚀损坏的例子。据事后分析，有可能是换热器内部有积水，积水蒸发浓缩后造成氯离子局部浓度增高，从而导致腐蚀损坏。

3、还有，波纹换热管由于抗弯能力差，尤其如釜式重沸器、容积式换热器等对换热管支撑较差的设备，应加强支撑结构布置，防止运输颠簸和使用时由于管子剧烈振动造成损坏。