管殼式換熱器的優(yōu)化設計

 管殼式換熱器是廣泛應用于各個領域的工業(yè)設備,在國民經(jīng)濟中具有非常重要的作用,管殼式換熱器的效率問題是設計工作的核心。本文利用優(yōu)化設計原理,建立了以管殼式換熱器優(yōu)化設計模型。分析了影響年總費用的因素,編制了管殼式換熱器優(yōu)化設計計算機程序。為了提高管內(nèi)流體的流動速度，可以在管箱兩端設置擋板，并將所有管分為幾組。后給出了一個計算實例說明優(yōu)化設計程序的使用。

　　　　熱交換器是進行熱交換操作的通用工藝設備,被廣泛應用于各個工業(yè)部門,尤其在石油、化工生產(chǎn)中應用更為廣泛。換熱器分類方式多樣,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類,其中間壁式換熱器用量,據(jù)統(tǒng)計,這類換熱器占總用量的99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性,在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗,其設計資料比較齊全,在許多國家都有了系列化標準。如果兩種流體溫差較大，傳熱系數(shù)大的流體應進入殼程，以降低熱應力。近年來盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具有結構簡單、牢固、操作彈性大、應用材料廣等優(yōu)點,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設備中仍占有優(yōu)勢。

化工設備換熱器之列管式換熱器

換熱器結構原理

　　列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應用廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時，一種流體由封頭的連結管處進入，在管中流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。等邊三角形布局緊湊型，管外流體滲流，導熱系數(shù)大，正方形布局有利于管外清理，適用積垢流體。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。

    換熱器在熱水供應系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后,在外表面作保溫層。

    為延長換熱器的使用壽命, 減少維修工作量及節(jié)約能源,保持換熱,當被加水的總硬度大于等于300mg/L (以CaCO3計)時,宜采取適宜的水質(zhì)軟化或水質(zhì)穩(wěn)定防垢措施。

   為確保供水質(zhì)量,及時排除殼體內(nèi)下部沉積的污物,換熱器每周應開排污閥1~2次,進行排污。為保證換熱管的流動性，換熱管與換熱管之間采用180度彎頭連接，彎頭材料選擇與母管一致，焊接方便。每年定期采用步驟對換熱管進行除垢,①放凈殼體內(nèi)的水;②關閉進出水口;③打開進汽閥和冷凝水閥門排凈管內(nèi)存水，然后關閉冷凝水閥門,大約5 -6分鐘突然關閉進汽閥門,打開冷水閥1 ]和底部排污閥門,使換熱盤管突然冷

卻,同時排掉脫落水垢,連續(xù)3 ~4次即可全部排凈，設備繼續(xù)投入運行。

      為延緩結垢,減少維修工作量,被加熱水終溫宜控制在50-60C之間。

    換熱器使用中應定期檢驗,每年至少進行- -次外觀檢查,每三年至少進行一次內(nèi)外部檢驗,每六年至少進行- -次檢驗。

管殼式換熱器結構及制造標準

管殼式換熱器：是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，這種換熱器結構較簡單、操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用廣的類型。將熱管元件按一定行列間距布置，成束裝在框架的殼體內(nèi)，用中間隔板將熱管的加熱段和散熱段隔開，構成熱管換熱器。（設計制造遵循標準：國外 TEMA   ASME   國內(nèi)  GB151、GB150）

換熱器封頭選取原則

1、管殼側是否需要清洗；

2、是否需要移動管束；

3、是否需要考慮熱膨脹；

前封頭類型：A、B、C、D、N

后封頭類型：L、M、N、P、S、T、W

后封頭又分為固定式、浮頭式以及U型管，相對于固定式，浮頭式造價更高、需要更大的殼徑、低的換熱效果（由于泄漏流C的存在），優(yōu)點則是一端具有自由度可以處理好熱膨脹問題。