热管空气预热器的工作原理(听老工程师讲讲翅片管换热那些事儿)

在换热器中，很多时候传热两侧流体的换热系数大小不平衡，通常我们会在换热系数小的一侧加装翅片。这是为什么呢？翅片管又是什么？结构什么样？应用原则是什么？听老工程师为大家讲一讲。（末尾有实例讲解哦！）

什么是翅片管？

翅片管，又叫鳍片管或肋片管。顾名思义，翅片管就是在原有的管子表面上（不论外表面还是内表面）加工上了很多翅片，使原有的表面得到扩展，而形成一种独特的传热元件。

为什么要采用翅片管？

在原有表面上加工上翅片能起到什么作用呢？

翅片管换热器的结构与一般管壳式换热器基本相同，只是用翅片管代替了光管作为传热面。这使得其结构更加紧凑，换热面积增加，可以加强换热。

什么情况时，选用翅片管呢？

有几个原则：

（1）管子两侧的换热系数如果相差很大，则应该在换热系数小的一侧加装翅片。

• 例1：锅炉省煤器，管内走水，管外流烟气，烟气侧应采用翅片。

• 例2：空气冷却器，管内走液体，管外流空气，翅片应加在空气侧。

• 例3：蒸汽发生器，管内是水的沸腾，管外走烟气，翅片应加在烟气侧。

应注意，在设计时，应尽量将换热系数小的一侧放在管外，以便于加装翅片。

（2）如管子两侧的换热系数都很小，为了强化传热，应在两侧同时加装翅片，若结构上有困难，则两侧可都不加翅片。在这种情况下，若只在一边加翅片，对传热量的增加是不会有明显效果的。

• 例1：传统的管式空气预热器，管内走空气，管外走烟气。因为是气体对气体的换热，两侧的换热系数都很低，管内加翅片又很困难，只好用光管了。

• 例2：热管式空气预热器，虽然仍是烟气加热空气，但因烟气和空气都是在管外流动，故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管，使传热量大大增加。

（3）如果管子两侧的换热系数都很大，则没有必要采用翅片管。

• 例 1：水/水换热器，用热水加热冷水时，两侧换热系数都足够高，就没有必要采用翅片管了。但为了进一步增强传热，可采用螺纹管或波纹管代替光管。

• 例2：发电厂冷凝器，管外是水蒸汽的凝结，管内走水。两侧的换热系数都很高，一般情况下，无需采用翅片管。

翅片管束

1什么是翅片管束？

由多支翅片管按一定规律排列起来而组成的换热单元叫翅片管束。一个翅片管换热器可以由一个或多个翅片管束组成。

2翅片管束的结构组成包括？

• 翅片管（多支）：传热的基本元件。

• 管箱（集箱）或管板：连接翅片管两端的箱体，弯管或钢板。当翅片管与箱体或管板连接以后，翅片管之间的间距也就固定了，同时，管箱使管内的流体形成了连续的流道。

• 构架：使整个翅片管束得以支撑和固定。

3翅片管的排列方式？

在一个管束中，翅片管排列方式的选取是致关重要的。有两种排列方式：叉排和顺排。

所谓叉排，是指在气流方向管子交叉排列，而顺排是指在气流方向管子顺序排列。

下图是指对于不同翅片结构的翅片管，如矩形翅片或整体的板状翅片（又称板翅），同样有叉排和顺排之分。

图中的箭头代表管外流体的流动方向，S1 代表横向管间距，S2 代表纵向管间距。

顺排和叉排的优缺点：

• 顺排：流体管外绕流时，受到的扰动较小，换热系数较低，但优点是阻力小。

• 叉排：流体管外绕流时，受到的扰动较大，换热系数较高，但缺点是阻力大。

当对阻力降没有严格限制时，应首选叉排排列；当要求的阻力降很小时，应选取顺排方案。

4管箱的结构形式

如果说管束的排列形式（顺排或叉排，及管间距的选取）主要是考虑管外流体的换热要求而确定的话，那么管箱的形式和结构则主要是考虑管内流体的压力和换热要求。

一般应遵循下列原则：

（1）若管内流体的压力较高，一般选用大直径的圆管作为管箱。

例如，在锅炉应用上，几乎都选用圆管作为管箱。

（2）在空冷器应用上，喜欢采用方形箱体。

方形箱体的优点是可以同时连接多排翅片管。当管内是蒸汽的凝结时，需要有大的蒸汽空间，一个管箱与多排管子相连是必要的。

（3）当管内流体的进出口温度相差很大时，管箱可能会因为管排的热膨胀不同而变形，这时，宜采用分解式管箱。

（4）除了管束的第一排和最后排，必须采用相应的管箱连接之外，其它各排最好用弯管一对一连接。

其优点在于：

• 能提高换热效率。理论证明，一对一连接能避免各排管流体的掺混，而流体的掺混使传热温差和传热效率降低。

• 能减少流体的流动阻力。因为一对一连接保证了流动截面积不变，避免了流体不断地膨胀和收缩。

• 弯管能“吸收”热膨胀而产生的变形。

实例讲解

这是一个很典型的翅片管束，第一排和末排采用大直径的圆管管箱，而中间各排采用一对一的弯管连接。GOOD!

这台设备共有七排翅片管，每排十根管，分两个管程，共14个管程。每一管程有一引出管，通过弯管与其他管程连接。之所以选取这么多管程，可能是因为管内流体的流量太小所至。

这一组翅片管束都是由四排管组成。除了圆管状的进出口管箱之外，其它都是一对一的弯管连接。是合理而标准的管束结构。

这两组翅片管束都是采用的方形管箱，看来管内流体的压力不太高。

很显然，这台设备的每一排翅片管都用方形管箱将其分为两个管程，再用粗的弯管将各管程连接起来。

上图是一组空气冷却器的翅片管束。可以看到，其中有方形管箱，圆管管箱，有一对一的弯管连接，也有的是全部用管箱进行连接。

今天的小七课堂到这里就结束了。关于换热器，你还想学习哪些知识？快了告诉小七！