波节换热管
波节管换热器计算例题(国家容标委提供)
锅炉压力容器标准案例案例编号CC-003-1 材料牌号奥氏体不锈钢案例名称奥氏体不锈钢波纹管换热器设计适用标准GB151-1999《管壳式换热器》批准日期2004年3月10日失效日期2009年3月10日咨询：当采用奥氏体不锈钢波纹管（简称波纹管）作为换热管时，换热器应如何设计？回复：本案例提供了波纹管换热器的设计方法。
给出了有关波纹换热管设计参数的确定方法，供设计参考，其余部分仍按GB 151—1999《管壳式换热器》的有关规定执行。
一、案例1 适用范围1.1 本案例适用于换热管为奥氏体不锈钢波纹管的管壳式换热器（以下简称为波纹管换热器）的设计。
1.2 对本案例未作规定者，还应符合GB 151—1999各有关章节的要求。
1.3 本案例适用换热器的公称压力PN≤4.0MPa；波纹换热管的公称直径（波峰/波谷的外径）Φ32/25mm、Φ42/33mm；折流板最大间距为波纹管管坯（波谷）外径的25倍。
1.4 计算换热面积，以波纹换热管外表面积为基础，扣除伸入管板内的换热管长度，计算得到的管束外表面积(m2)。
表1给出了一个波距波纹管的外表面积。
(第三章附件4给出了波纹管外表面积计算方法)。
1.5 未经固溶化处理的管坯制成的波纹管，不得用于有应力腐蚀的场合。
2 换热管材料换热管材料应符合下列标准中较高级(或高级)冷轧管或普通级冷轧管的技术要求。
GB 13296—1991 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管GB/T 14976—1994 流体输送用不锈钢无缝钢管3 波纹换热管设计本设计规定了波纹换热管的结构形式、许用内压力、许用外压力、轴向刚度及稳定许用压应力的设计计算。
波纹换热管是由波纹管和接头两部分组成，其结构尺寸如图1所示。
3.1 符号A——单根管管壁金属横截面积，mm 2 ;A =πδt (d1－δt)B——系数，按GB 150中第6章方法确定；C——许用内压系数，C=0.25C r——系数;Cr=π[2 l cr K b1／(aσs)]1/2d1——波谷外直径（管坯外直径），mm ;d2——波峰外直径，mm ;E t——波纹管材料弹性模量，MPa ;f——波纹圆弧半弦长（半波宽），mm ;F——波距（波纹管波宽与波节直边之和），mm ;I——波纹换热管的回转半径，mm ;I =0.25[d12+（d1－2δt）2]1/2K1——波纹管轴向单波刚度，N/mm ;K b1——长度为l cr的波纹管刚度，N/mm ;K b1 = FK1／l crl cr——波纹换热管轴向受压失稳计算长度，按GB 151—1999图32确定，mm ;p——波纹管换热器的设计压力(管程设计压力为p t，壳程设计压力为p s)，MPa ;[p]i——波纹换热管许用内压力，MPa ;[p]o——波纹换热管许用外压力，MPa ;δt——波纹管壁厚，mm ;σs——波纹管材料屈服强度，MPa;σb——波纹管材料抗拉强度，MPa ;[σ]cr——波纹管稳定许用压应力，MPa 。
波纹管换热器总结标准
波纹管换热器总结标准波纹管换热器是一种高效的换热设备，可广泛应用于化工、石油、制药、食品、电力等行业。
它具有紧凑型结构、高传热效率、低压降和可靠性高等优点。
在使用波纹管换热器时，需要遵循一定的标准和操作规程，以确保其正常高效地运行。
下面将对波纹管换热器的总结标准进行详细说明。
一、设计标准波纹管换热器的设计需要满足以下标准：国家标准GB150《钢制压力容器》、GB151《外燃锅炉》、GB15464《波纹管式金属补偿器》、GB50041《锅炉压力管道设计规范》等。
同时，还需要根据具体的使用场景和需求，选用适当的设计规范，如ASME、API、DIN、JIS等国际标准。
二、材料选用标准波纹管换热器的材料选用需要符合以下标准：耐腐蚀性能好，在介质中具有良好的抗腐蚀性能；耐高温性能好，能够在高温环境下正常工作；机械性能好，具有较高的强度和韧性；耐磨损性好，能够在搅拌、冲击等工况下正常工作。
常见的材料有不锈钢、碳钢、合金钢等。
三、制造与安装标准波纹管换热器的制造和安装需要符合以下标准：焊接工艺符合国家标准，焊缝质量好，无裂纹、气孔和夹渣等缺陷；各种接头的密封性能好，无渗漏现象；焊接接头的强度满足设计要求，焊道表面光滑、光洁。
安装时需要保证波纹管换热器的位置准确、固定可靠，管道连接紧密，无死角和死角等现象。
四、运行与维护标准波纹管换热器的运行与维护需要符合以下标准：设备在运行前需要进行试运行和调试，确保其正常工作；设备投入运行后，需要定期检查设备的工作状态，如泄漏、温度、压力等参数；需要按照规定周期清洗设备，防止结垢和堵塞；设备停机维护时，需要进行设备的保养和维修，如更换密封件、检修阀门等。
五、安全与环保标准波纹管换热器的安全与环保需要符合以下标准：设备运行时需要符合压力容器安全规范，确保设备在压力范围内正常工作；设备的泄漏量需要符合国家标准，防止泄漏对环境产生污染；设备的废气和废水排放需要符合国家标准，确保环境保护的要求。
波节管换热器传热试验研究
维普资讯
第２ ３卷 第 ３期
表 １ 波 节 管 几 何 参 数
胡郑重等
渡 节 管换 热 器 传 热 试验同几何 参数 的波 节管 和光管 的压 降变 化 曲线． 图 中可 以看 出 ： 从 波节 管 的压 降均 大于 光 管（ 相 同 Ｒ 在 Ｐ下 ，ｐ要 比光 管 的大） Ａ ．
得到一定 的 改善． 节 管 的换 热特 性 与 阻力 特性 除 波 与雷诺 数 有关外 ， 与 波节 的 深度一 波 深 、 节 还 波 间 的间距 等 因素有 关． 文 对 ３种 不 同几 何 尺 寸 的 本 波节管 和光管 的换 热 和阻 力 特性 进行 了试 验研 究 ，
以期 为 波 节 管 换 热 器 的 工 程 设 计 提 供 理 论 依 据 ．
［ 图分 类 号］Ｔ ９ ５ 中 Ｅ ６
［ 献 标 识 码］ Ａ 文 ：
换热 器是一种 实现物 料之间热 量传递 的有效设 备， 普遍 应 用 于 石 油 、 工 、 金 、 化 冶 电力 、 品等 行 食 业 口． ］ 波节管 换热器 就是适应 现代化 生产 的需 要 ， 在 传 统管壳 式换热 器 的基础 上开发 出来 的一 种新 型高 效 换 热器口 ． 化传 热是 实现 换 热器 高效 换 热 的主 ］强 要 途径 ， 强化传热 基 本元 件 的 开发 研究 一 直备 受 关
［ 摘 要］对 ３种 不 同几 何 尺 寸 的波 节 管 和 光 管 的 换热 及 其 阻力 特 性 进 行 了试 验 研 究 ． 果 表 明 ， 节 的存 在 结 波 增 加 了对 流 体 流 动 的扰 动 ， 高 了波 节 管 的 换 热能 力 ； 节 管 的 换 热 能 力 随 波 节 长度 与 波 深 比值 的 减 小 而 增 提 波
波节管脉冲流强化对流换热数值分析
脉 冲流是指按 照 一定 规 律 如正 （ ） 余 弦周 期 变 化 流动 的流体． 于 脉 冲流 速度 场 分 布规 律 ， 对 大量
０ ４ ，分 别取 １ ／ ， ０ｒｓ ３ ／ ，０ｒ ｓ ．， ２ ０ｒ ｓ ２ ／ ， ０ｒｓ ５ ／ ； 取 ｒ 值 范 围为 ０ １ ． ｓ 并 设 定脉 冲流换 热 强 化 ． ～１ ０ｍ／ ，
（ 波节管 胀扩 前 的 圆管 直 径 ） 一１ Ｄ： ９ ｍｍ， 峰 处 波 直径Ｄ 一２ ５ｍｍ， 长 Ｓ一２ 波 ０ｍｍ， 中 圆弧 管 段 其 Ｓ — １ １ ３ｍｍ， 管 段 Ｓ — ７ｍｍ， 图 １所 示 ． 直 ２ 如 此
数值 模拟 采用 结构 四边形 网格对所 建立 的几 何模 型计算 区 域 进行 离散 ， 虑 边 界层 对 传 热 和 考
流动 的影 响 ， 将壁 面 附 近 网格加 密 ， 整个 模 型 共划 分 １． ４ ６万 个 网格 单元 ． 计算 时选 用 离 散 格 式 ， 压 力与 速度 的耦合计 算采 用 ＳＭＰ Ｅ Ｉ Ｌ Ｃ方法 ， 压力采
第 ３ ２卷 第 ３ 期
２１ ０ ０年 Ｏ ３月
武
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学
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Ｖｏ１ ２ Ｎｏ ．３ ．３
Ｍａ． ｒ ２ Ｏ Ｏ１
Ｊ Ｗ ｕ ａ Ｉ ｓ ． Ｔｅ ｈ ． ｈｎ ｎｔ ｃ．
文 章编 号 ： ６ ４ ８ ９ ２ １ ） ３— ０ ９ ３ １ ７ —２ ６ （ ０ ０ ０ ０ ８ —０
图 １ 波 节 管 示 惹 图
Ｆ ｇ １ Ｃ ｒ ｕ ａｅ ｕ ｅ ｔｕ ｔ ｒｌｓｈ ｍａ ｉ ｄａ ｒ ｍ ｉ． ｏ ｒ ｇ ｔ ｄ Ｔ ｂ ｓ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｃ ｅ ｔ ｉｇ ａ ｃ
波纹管换热器的基本结构及分类
换热器知识波纹管换热器基本结构及适用围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。
波纹管换热器的基本结构及分类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。
1．固定管板式波纹管换热器这类换热器的特点是结构简单、紧凑，不堵不漏，运行平稳，安全可靠。
换热管便于更换。
在同样的筒体直径，排管数目最多。
管程可分成任程数，可以改变程数来改变管流体的流速。
然而，壳程清洗比较困难，不能进行机械清洗。
筒体与换热管之间的膨胀差由波纹管加以补偿，但补偿量不能太大。
固定管板式波纹管换热器适用于温度小干350℃、压为小于6.4MPa的场合，但最高温度与最大压力不能同时出现。
2．浮头式波纹管换热器浮头式波纹管换热器的特点是管束可以随意从筒体抽出，管束的膨胀不受筒体的约束，不会产生温差应力。
膨胀量可大可小，管程可分成多管程，能在较高的温度和压力条件下工作。
但这类换热器结构复杂，造价高，材料消耗大，在装配时要考虑换热管的受力情况，防止波纹换热管在不正常情况下工作。
由于浮头端封头操作中无法检查，所以在制造、安装时要特别住意其密封性，否则易发生漏。
另外，管束与筒体之间的环隙较大，设计时要避免短路。
浮头式波纹管换热器几乎适用于任场合，特别是壳程介质易堵易结垢的场合，此类换热器使用起来更加便利。
3．釜式波纹管换热器釜式波纹管换热器上部设置适当的蒸发空间，同时兼有蒸发室的作用。
蒸发室的尺寸由蒸汽的性质、选择的流速来决定。
概算时一般取最大直径为小端直径的1.5~2倍，液面高度通常比最上部的管子至少高出500mm。
这类换热器与浮头式相差不多，但制造起来比浮头式更难一些。
半容积式换热器选用
半容积式换热器的选用容（半）容积式换热器是建筑热水中非常常见的设备。
目前关于容（半）容积式换热器的形式也很多，有浮动盘管式、U型管式、U型大波节管式。
实际工程中，我们选择哪种换热器呢？下面分别就其结构特点一一说明。
一、浮动盘管式浮动盘管式半容积式换热器是借鉴半即热式换热器的换热单元，一种更适用于建筑热水系统中的产品。
半即热式换热器的换热单元——浮动盘管，具有自动除垢功能。
浮动盘管的材质一般为铜管。
设备在通热媒加热的过程中，铜材质有线膨胀系数，受热变长，降温变短。
自由端会在温度升高或下降时，自由伸缩。
从而产生运动。
由于铜管的膨胀系数和水垢的膨胀系数是不同，浮动盘管的运动，使其附着在上面的水垢自然脱落，达到自动除垢的功能。
结垢是建筑热水系统一个难以避免的问题。
浮动盘管式换热器正为人们解决了这个问题。
而且由于没有结垢的问题，浮动盘管的传热效率不会衰减，大大延长维护周期。
其热媒通道长，冷凝水温度低，节能。
二、U型管式U型管式半容积式换热其，U型管式换热器管程每根管子都弯成U形，管子的两端分别安装在同一固定管板的两侧，并用隔板将封头隔成两室。
U型管式换热器在运行中是不能自动除垢的，传热效率远远低于浮动盘管式半容积式换热器。
由于其通道短，其冷凝水的温度远远高于浮动盘管式。
三、U型大波节管式U型大波节管式半容积式换热器是利用U型波节管做为管束的一种换热其。
一种换热器的传热系数高低取决于两个方面，一方面是管程内介质的流速、特性、运行工况条件等，一方面是壳程内介质的流速、特性、运行工况条件。
只有这两方面的都达到，整个设备实际运行的传热系数才能很高。
在建筑热水中，管壳程内介质的特性、运行工况差别不大，特别是对于一个工程中，这些参数都是一样的。
波节管的传热系数高，是由于其特殊形状，使其介质流速大大改变。
管壳式波节管换热器，其壳程的介质流速也很高，所以其传热系数要高于其光管换热器。
但半容积式换热器只是提高了管内的介质流速，壳程因其有较大的容积。
不锈钢波纹管的性能特点
不锈钢波纹管的性能特点1、传热系数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，能够有效地破坏气体的速度边界层，增加扰动，形成附加涡流；另外，管内水在流动时由于管截面连续不断地突变，已经使水流速度达到湍流状态（Re=1.4Xl（H）。
由此可见，波纹管已经实现了双侧强化传热机制，即使在流速很小的情况下，流体在管内外也均可形成强烈扰动，这样便大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统光管高2-3倍。
2、换热面积大波纹管由于特有的波形设计，在其管内外形成独有的波纹表面，不仅提高了传热系数，也扩大了传热面积。
其传热面积与普通光管相比较，在长度与直径（中径）相同时，其表面积为光管的1.5倍以上。
3、耐腐蚀不锈钢波纹管的材质为不锈钢,因此,不锈钢波纹管拥有不锈钢材料优良的耐腐蚀性能。
不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。
其耐腐蚀性能主要取决于其中的合金元素铬，当钢中含铬量达到12％左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。
4、不易结垢和堵塞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；即使有少量微粒沉积，由于介质对管壁强烈的冲刷作用，也不易形成大块污垢。
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。
由于不易结垢，便可以保持管路通道畅通，压降小、节能效果明显，也不存在堵塞问题。
5、有良好的弹性和韧性，适用性强由于不锈钢波纹管的壁厚较薄以及独特的波节设计，使其具有良好的弹性和韧性，所以不锈钢波纹管制作冷凝换热器结构紧凑、既小又轻，且加工制作工艺简单，制作成本低。
波节管纵向逆流换热性能的三维数值模拟研究
性进 行 三维数值 模 拟研 究。传 热工 质在 管程 和 壳程 分 别 为氦 气和 氮气 ， 管束 采 用三 角形布 置 。本
文首先 分析 了不 同波距及 雷诺 数 下对换 热量影 响 。为 了体现 高效 换 热元件 比光 管 的优 越性 ， 随后
分析 了不 同波距及 雷诺数 对 Ｑ Ｑ （ ／ 波节 管与光 管的换 热 量 比） △ ／ ｐ （ 节 管与光 管 的压 力 降 与 ｐ△ 。波 比） 。最后 得 出结论 ， 波距 的增加使 高效换 热元件 的传 热性 能和 阻 力性 能有 所 降低 ， 提 高 了其 但 综合传 热性 能 。雷诺数 的增加 会 大幅提 高换 热量 ， 同时综合 传热效 率也 大幅 降低 。 但
第３ ０卷 ， 总第 １ ３期 ７ ２１ ０２年 ５月 ， ３期 第
《节 能 技 术 》
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳ ＥＲＶＡＴＩ ＯＮ ＥＣＨＮＯＬ Ｔ ＯＧＹ
Ｖｏ ． ０ ， ｕ １ ３ Ｓ ｍ．Ｎｏ １ ３ ． ７
Ｍ ａ ． ０１ Ｎｏ ３ ｙ ２ ２， ．
波 节 管纵 向逆 流 换热 性 能 的三 维数 值 模 拟研 究
２ Ｓｈ ｏ ｏ ｎｒｙＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉｇ ａｂｎＩｓ ｔｔ ｏ Ｔ ｃ ｎｌｇ ，Ｈ ｒｉ １０ ０ ， ｈｎ ） ． ｃ ｏｌ ｆ ｅｇ ｃ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ，Ｈ ｒｉ ｔｕｅ ｆ ｅｈ ｏ ｙ Ｅ ｅ ｎ ｎｉ ｏ ａｂｎ ５ ０ １ Ｃ ｉａ
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不锈钢波节换热管
不锈钢波节换热管
不锈钢波节换热管是取代列管的一种新型高效换热管。
用它制作的波节管换热器具有以下优点。
传热系数高
传热系数是换热设备的一个重要技术指标，强化换热表面的对流传热是提高传热系数的有效措施。
波节管换热器的强化传热是通过其独特的超薄壁波节管来实现的，波节管是一种由大小圆弧连续相切，内外形如波纹状的薄壁管子，其波峰与波谷间的高差使流体受到了强烈的扰动，这种扰动来自管内外流体的三维运动，因此其扰动的程度更为强烈和彻底，即使流体流速很低，也能使其成为湍流状态，同时管壁薄温度梯度小，大大降低管壁热阻，提高了管内外换热系数，从而使总的传热系数提高。
一般对水—水传热而言可达 1500-3500Kcal /㎡.h.℃,汽—水可达2500-5000 Kcal /㎡.h.℃，其换热效率是一般列管换热器的三倍。
耐高温、能承受较大温差、压差
波节管虽壁很薄 (0.5-0.8mm)，由于它采用了特殊的自由成型工艺及独特的圆弧外形，使其承压能力大大提高，实验室测得波节管单向破坏压力一般为20Mpa左右，实际使用时压力控制在6.4Mpa以下还是很安全的。
同时波节管换热器采用不锈钢材料能适应较高工作温度，最高可达450℃，且波纹管是一种柔性元件，具有一定的热补偿能力，对较大工作温差工况，适应性好，设备热应力小，较普通列管有着明显优势。
防垢、除垢功能强
换热器结垢、腐蚀、堵塞一直是个较难解决的问题，特别是在水质条件差、水处理效果不佳，气体介质中含杂质或化学反应易生成结垢物的情况下，这一问题尤为突出。
轻者换热器功能下降、工况恶化、阻力增大、能耗增加，重者换热器堵死无法运行，因此换热器维护、清洗或更新的工作量增大。
波节管换热器的不锈钢波节管，由于采用的是不锈钢优质材料，本身抗腐蚀，更主要的是波节管特殊的内外波形，湍流介质不断冲刷换热管的内外表面，污垢很难在表面存积，即使结垢，由于波节管是一种柔性元件，在工作过程中受到温差的作用后，波节管各部分的曲率不断地变化，尽管这种曲率变化带来的变形不是很大，但污垢和金属波节管的线膨胀系数相差很大，因此污垢与波节管表面之间将产生一个较大的拉脱力，足以使垢脱落实现自动清理、自动除垢，特别这一点是列管及其它换热器所无法相比的。
应力分布均匀、防腐蚀能力强
由于波节管采用独特成形工艺，即“自由成形”或“软成形”。
该工艺特点是：在成形过程中，变形不是由于金属在模具中的强制流动形成的，而是一种自由流动的过程或称之为“软成形”过程，这种成形过程由于没有强制变形，不会造成应力集中，残余应力小、应力分布均匀，没有晶间缺欠，因此具有很强的耐应力腐蚀能力。
使用寿命长，价格合理
由于波节管采用了超薄壁不锈钢材料，一方面提高了产品的使用寿命，同时也大大地降低了产品的重量，节约了材料，还由于运行维护费用的降低，占地面积的减少，使产品的性能价格比大幅度提高，经济效益明显。