管殼式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

 管殼式換熱器是廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)設(shè)備,在國民經(jīng)濟(jì)中具有非常重要的作用,管殼式換熱器的效率問題是設(shè)計(jì)工作的核心。本文利用優(yōu)化設(shè)計(jì)原理,建立了以管殼式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。剖析智能換熱機(jī)組的組成特點(diǎn)智能熱交換單元通過管道連接，例如板式熱交換器，泵，過濾器，閥門，配電箱，逆變器，儀器和控制系統(tǒng)。分析了影響年總費(fèi)用的因素,編制了管殼式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序。后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例說明優(yōu)化設(shè)計(jì)程序的使用。

　　　　熱交換器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門,尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)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(jì),這類換熱器占總用量的99%。在允許主動(dòng)阻力損失的情況下，流體進(jìn)入管內(nèi)，選擇多道結(jié)構(gòu)，換熱系數(shù)較高。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(yīng)性,在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),其設(shè)計(jì)資料比較齊全,在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),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(shè)備中仍占有優(yōu)勢。

　熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)

　　熱管換熱器是由若干熱管組成的,每根或每片熱管是一獨(dú)立傳熱單元,一根或一片熱管損壞,不影響其它熱管的正常使用;熱管外通常有高頻焊翅片,大大增加了換熱面積;因?yàn)闊峁芤韵嘧兗肮べ|(zhì)汽化潛熱的方式傳遞熱量,傳熱;工作介質(zhì)的循環(huán)是依靠回流液的重力作用,不需外加動(dòng)力,無機(jī)械運(yùn)行部件,增加了設(shè)備可靠性,也極大地減少了運(yùn)行費(fèi)用;冷凝段與蒸發(fā)段彼此獨(dú)立,實(shí)現(xiàn)匯源分割。不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料。3. 2 　熱管的壽命及延長壽命的研究

　　眾所周知,金屬鐵在高溫時(shí)與工質(zhì)水易發(fā)生反應(yīng), Fe H2 O→Fe3 O4 H2↑由于不凝性氣體氫氣的存在,使得換熱管不能將熱量傳遞給冷凝段,也就失去了熱管的功用,為解決這一問題,熱管界試驗(yàn)了內(nèi)部成膜、增加吸氫劑等等方案。管式換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器。工業(yè)界內(nèi)部成膜方案使用較為普遍,使得熱管內(nèi)壁反應(yīng)生成Fe2 O3鈍化膜,阻止氫氣的進(jìn)一步生成。3. 3 　熱管換熱器的合理設(shè)計(jì)

　　如圖1所示:熱側(cè)放出熱量等于冷側(cè)吸收熱量,可以通過調(diào)整冷、熱段翅片的間距及調(diào)整冷、熱側(cè)面積達(dá)到調(diào)整管內(nèi)蒸汽溫度及壁溫的目的,適當(dāng)降低管內(nèi)蒸汽溫度確保熱管安全及提高末排壁溫而避開腐蝕。一樣，以便提升管的外界速率，可以在殼體內(nèi)安裝豎向擋板，驅(qū)使流體數(shù)次根據(jù)殼體室內(nèi)空間，稱之為多殼側(cè)。因此,熱管換熱器工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)現(xiàn)場正常設(shè)計(jì)工況進(jìn)行設(shè)計(jì),依據(jù)上限工況校核管內(nèi)蒸汽溫度,依椐下限工況校核溫度,從而使得熱管換熱器的使用可靠性大大增加。

管殼式換熱器是將被加熱水貯存在殼體內(nèi),而熱媒(蒸汽或高低溫?zé)崴?在管束內(nèi)的換熱設(shè)備。它屬于-種有

限量貯水的換熱器,具有較小的貯存水量(可貯存13分鐘用水量),卻能迅速補(bǔ)充熱量 , 并設(shè)有能預(yù)測負(fù)荷變

化的溫控系統(tǒng),在冷媒、熱媒流量較穩(wěn)定的條件下,它能使供熱量和需熱量很好的處于平衡狀態(tài),達(dá)到定溫變

量供水的先進(jìn)設(shè)備。

管殼式換熱器傳熱機(jī)理

一般來說，管殼式換熱器制造容易，生產(chǎn)成本低，選材范圍廣，清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量大，工作可靠，且能適應(yīng)高溫高壓。如果問題盡可能快地暴露，一旦發(fā)生芯泄漏，甚至當(dāng)需要更換管束時(shí)，存在緩沖時(shí)間。雖然它在結(jié)構(gòu)緊湊性、傳熱輕度和單位金屬消耗量方面無法與板式和板翅式換熱器相比，但它由于具有前述的一些優(yōu)點(diǎn)，因而在化工、石油能源等行業(yè)的應(yīng)用中仍處于主導(dǎo)地位。

管殼式換熱器是把管子與管板連接，再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動(dòng)管板式、填料函式及套管式等幾種，前面我們簡要介紹過。

根據(jù)介質(zhì)的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件，管板與殼體的連接的各種結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)，傳熱管的形狀和傳熱條件，造價(jià)，維修檢查方便等情況來選擇設(shè)計(jì)制造各種管殼式換熱器。