石油炼制与化工裂齿矩形翅片板翅式换热器优化设计的分析王杨君，邓先和，陈颖，李志武华南理工大学教育部传热强化与过程节能重点实验室，广州510640材耗的换热能力*大为目标函数，分析研究了在不同雷诺数只0的操作条件下裂齿矩形翅片间角度翅片厚长度宽度及板厚之间的关系。结果明在气体换热的场合下，当在某范围时翅片可有效地起到强化传热的作用当板厚为5，翅片厚为31翅片间夹角为45，70，为2父103，8103，*佳翅片纵向间距与翅片长度和翅片厚度乘积的平方根的比为1.5，2.5，*佳翅片尺寸系数为3，5时，传热强化效果较好。　　1前言矩形翅片板翅式换热器是种维翅片的新型强化传热器，其结构紧凑简单可靠又具有较好硫酸转化等工业过程的气体换热。裂齿矩形翅片是主要的传热元件，它的传热效率是影响该种换热器换热性能的关键因素，因此有必要对翅片的传热效率进行分析。裂齿矩形翅片板翅式换热器利用金属翅片导热系数大，气体导热系数小的特点，在定的翅片效率下，充分发挥裂齿矩形翅片的强化传热作用。翅片效率与翅片尺寸系数以翅片的长度宽度和厚度及操作条件以雷诺数丑有关，因此这几项参数是换热器结构优化设计质量材耗的换热能力*大作为目标函数，分析研究了不同尺6下裂齿矩形翅片间角度，翅片的间距长度宽度厚度及板厚的*佳搭配方式。　　2翅片效率分析裂齿矩形翅片板翅式换热器的结构。裂齿矩形翅片结构和传热模型2.　　纵向间距为横向相邻翅片间夹角。　　由于传热温度沿翅片=方向存在对称性，故可按2传热模型作分析。并假设，翅片内温度沿方向和方向均恒定，只沿方向变化，翅片面服从牛顿冷却原则，放热时，传热膜系数不变，即与平均翅片传热膜系数在数值上相等；冷流体流道向内流动收稿日期200228；修改稿收到日期20030208.　　化与过程节能。　　基金项目广东省自然科学基金资助项目990637翅片根部温度了，保持不变，而翅片顶端不放热④稳态传热过程。　　根据以上假设作之中，+么段的热量衡算，dT由2知将式123代入式4即可得由于，所以+令肌2=，0=7乃则边界条件当1=，时，6=0.=尺7当=6时，=，顶端绝热，求得翅片沿轴方向翅片长度为上的放热量，为喊，在翅片的导热系数5的理想条件下，翅片长度为6上的温度应均等于7，此时*大的放热量为因为+，所以有为有效利用翅片的传热面积，设计时应考虑取。，按式以翅片的长度厚度与传热膜系数之间存在着相互关系以碳钢翅片片传热膜系数21为评爪尺，分别取办=103104与5父104，普朗特4.2186心结合爪=就可得饥6 0.289与0.432，其中=6为翅片尺寸系数。代入式9，取7=0.6，可得在3种雷诺数的操作条件下，翅片尺寸系数分别为9.3215.225和3.495.取不同的1值与7的关系3所不。　　从3可，如果要保持1定，那么翅片尺寸系数越小，要求尺越大；如果尺6定，翅片尺寸系数纟越大，翅片效率7越小；对某特定的翅片，7随着的增大而减小。由分析和计算结果可知，若使76及翅片尺寸系数是1.4，只能是在翅片的导热系数，较大，流体的导热系数较小例如空气等，以及尺6不太高的条件下才能实现，翅片才能发挥出强化传热的作用。3换热器结构优化设计根据1和2，单流道中的换热面积越大，峰值对应的翅片尺寸系数越小。这说明，只不能太小，否则。单位质量材耗单位传热温差的传热量太小，而且翅片效率7也越小，尺〃不能太大，否则曲线峰值所对应的就过小，也就是板材占总材耗的比例太大，不能发挥裂齿矩形翅片的强化传热作用。这明尺为2父103，8，103时，裂齿矩形翅片能较好地发挥其强化传热的作用。　　L1.5的条件下，按式14得出的不问Re条件下0与翅片尺寸系数=6的关系曲线4.　　4为有效翅片面积与有效平板面积之和，即面积，2；为翅片数目。　　个流道换热面的总材耗从为单位传热温差的传热量0为分别为平板和冷流体的温度单位质量材耗单位传热温差的传热量，为，其中，为气体的粘度，3.8，为气速。　　按文献3，径，计算应为考虑到平板与翅片翅片与翅片间的传热影响，般取为45，70为佳。以取=60为例，则式16化为2拉上将式17代入式15并摩得对于锅炉空气预热器硫酸转化气体换热器等大型常压气体换热器，考虑到碳钢的高温氧化腐蚀与气体冲刷磨损，般取板厚=5，从换热器的强度与制造工艺的方便性上考虑，取=材耗单位传热温差的传热量，随只6变化的关系曲线。从5可，翅片的宽度越小，传热效果越好，在制造条件允许的情况下值取小些为佳。　　变化的关系曲线。为在定2下，对应于，126，的条件下否则制造时可能会遇到翅片相碰撞的情况，取为1.5，2.5较为合适。　　由于翅片尺寸系数的变化对流体阻力基本无影响，故以上的分析是在等阻力条件下所作的强化传热比较。　　4总传热系数后换热器的整体设计提供参考依据。　　由式19与式20得总传热系数尺为5结论板翅式换热器适用于气体换热的场合。当在定范围时可利用裂齿矩形翅片有效地强化传热，当板厚为5mm，翅片厚度为3mm，a为45，5，g佳翅片尺寸系数6为3，5，翅片宽度较小时，强化传热效果较好。　　1邓先和。板翅式内部移热302气体氧化反应器。中国，2邓颂九，李启恩。传递过程原理。广州华南理工大学出版社，3尾花英朗日。热交换器设计手册下册日文。徐忠权译。北京石油工业出版社，1982.294，773胃国内简讯石家庄己内酰胺工程通过国家验收总投资为35.1亿元人民币的石家庄己内酰胺工程已于2003年4月初通过了***竣工验收，并投人正常生产运转。　　该工程由中国石化石家庄化纤公司与河北省建设投资公司共同投资建设。1996年4月破土动工，1999年月全面建成投产，采用意大利31甲苯法工艺路线，主要由503己内酰胺装置5腈纶装置及配套的公用工程辅助工程等组成。自装置投产后，尤其是2002年5月复产开工后，进行了系列技术改造，先后建成投产203聚合装置和3工业苯甲酸装置，开发并应用了非晶态镍作助剂引人苯甲酸加氢反应系统部分取代催化剂，以及己内酰胺水溶液加氢取代锰酸钾工艺技术，使复产半年中装置减亏1亿元人民币。　　目前该工程正在进行40003苯甲醛装置的建设和己内酰胺5，13扩能至653的技术改造。今后将进步进行六氢苯甲酸环己酮肟联产己内酰胺组合工艺的技术开发，可使己内酰胺生产能力扩大至1203以上，彻底摆脱亏损局面，并推进石家庄化纤公司向油化纤体化方向发展。　　中国石化有机原料科技情报中心站供镝