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對螺旋板換熱器產生氣阻的原因進行理論分析和闡述,並討論防止產生氣阻的方法和消除氣阻的對策,對螺旋板換熱器的正確使用有一定指導意義。
螺旋板換熱器是一種高效換熱設備,因其製作工藝簡單、換熱效率高而在化工生產中被普遍采用。但新螺旋板換熱器在剛開始投用時,往往由於其內部產生氣阻而造成係統阻力加大,嚴重的甚至會導致介質不能通過換熱器,生產不能正常進行。
1 螺旋板換熱器結構分析
如圖1所示,螺旋板換熱器有2個通道,分別是頂入側出和側入頂出。2個通道呈交叉分布,正常生產時冷熱介質分別從頂部和側部流入,在逆向流動的過程中實現換熱。
2 氣阻產生的原理分析
2.1 氣柱產生壓差的原理分析
如圖2所示,在U形管中裝有某種液體,U形管右側封有一段氣柱高為h1,氣柱之上有一段高為h0的液柱,氣柱下部的液柱高為h,U形管左右兩側液位相同,液柱上麵的壓強分別為P1和P2,則該U形管兩側的壓力平衡公式為:p1+ρg(h0+h1+h)=p2+ρg(h0+h)(1)式中,ρ為U形管中液體的密度;g為重力加速度。
由於空氣密度與液柱相比非常小,在此可忽略不計。
由(1)式可換算得出:
p2-p1=ρgh1(2)
由式(2)可以看出,一段高為h1的氣柱可產生大小為ρghl的壓差,也就是說,U形管右側的壓強必須比左側大ρghl,才有可能使得右側的液體向左側流動。
2.2 螺旋板換熱器產生氣柱的過程分析
(1)液體順著新螺旋板換熱器右側頂部入口流入,從最外層向內層流動,如圖3所示。
(2)隨著液位不斷升高,左側液位到達流道內圈頂部最高點,如圖4所示。
(3)液體繼續流入,越過第1圈流道內圈頂部的高點進入第2圈,並在第1圈流道頂部形成一段氣柱,如圖5所示。
(4)隨著液體的不斷流入,螺旋板的流道內會由外向內每一圈都形成一段氣柱,液體流動需克服的阻力也越來越大,如圖6所示,這時螺旋板內就形成一定的氣阻,其氣阻的大小約為:
p′=ρg(h1+h2+…+hn)(3)
式中,p′為氣阻;ρ為流通介質的密度;g為重力加速度;h1、h2…hn為螺旋板內氣柱的高度。
假若液體介質的壓頭足夠大,可以克服整個螺旋板換熱器內部形成的氣阻,則液體可以繼續流通,並最終將螺旋板內部的氣柱逐步排向出口,生產不會受到影響。但是如果螺旋板換熱器的流道圈數很多,而且液體介質的壓頭偏小,不能克服螺旋板內氣柱形成的阻力,則液體將不能形成流通,並最終影響生產。
3 氣阻產生的特點
根據以上分析,螺旋板換熱器產生氣阻有以下特點:(1)板間距越大越容易產生氣阻,反之越不容易產生氣阻;(2)介質黏度越大越不容易產生氣阻;(3)介質注入的速度越慢,越容易產生氣阻,而且氣阻越大;反之,則越小;(4)螺旋板換熱器的換熱麵積越大或者流道圈數越多,產生的氣阻越大;(5)介質密度越大,產生的氣阻越大。

管板5
4 預防和消除氣阻的對策
為了防止產生氣阻,使用螺旋板換熱器時可采取以下幾種措施:(1)在保證流量的情況下,盡量選用流道間距比較小的螺旋板換熱器;(2)開啟螺旋板換熱器時,先打開螺旋板出口的排空氣閥門,並快速打開出入口閥門,使介質快速通過螺旋板的同時將換熱器中的空氣盡快排除;(3)在場地允許的情況下,可采用平臥式安裝方式,以避免氣阻的產生;(4)若換熱器圈數較多,形成的氣阻很大,介質係統壓力不能克服其阻力,也可先將螺旋板換熱器平放,用水或其他介質從外圓管口處灌入,將空氣從中部向上的管口排出,然後用盲板封堵,再將其豎起按正常方式安裝。
另外,對於有幾台螺旋板換熱器並聯安裝的情況,新換熱器安裝到位後由於有氣阻的存在,比其他換熱器的阻力要大得多,也就是說並聯換熱器前後的壓差不能克服新換熱器產生的氣阻,否則會造成介質從其他換熱器“短路”而不能從新換熱器流通的現象。這時,可先關閉其他換熱器出入口閥門,靠液體係統壓力將介質從新換熱器強製流通後再開啟其他換熱器正常生產。
掌握螺旋板換熱器產生氣阻的原理和對策,對正確使用螺旋板換熱器,避免和減少氣阻的產生,保證正常生產具有重要的意義。

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