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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(guó)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。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。為了提高管內(nèi)流體的流動(dòng)速度，可以在管箱兩端設(shè)置擋板，并將所有管分為幾組。后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例說(shuō)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%。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(zhǎng)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(guó)家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。如果兩種流體溫差較大，傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)進(jìn)入殼程，以降低熱應(yīng)力。近年來(lái)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(jiǎn)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(shì)。

化工設(shè)備換熱器之列管式換熱器

換熱器結(jié)構(gòu)原理

　　列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應(yīng)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(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管中流動(dòng)，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(jìn)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(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。等邊三角形布局緊湊型，管外流體滲流，導(dǎo)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(yīng)系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后,在外表面作保溫層。

    為延長(zhǎng)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(dāng)被加水的總硬度大于等于300mg/L (以CaCO3計(jì))時(shí),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(shí)排除殼體內(nèi)下部沉積的污物,換熱器每周應(yīng)開排污閥1~2次,進(jìn)行排污。為保證換熱管的流動(dòng)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(duì)換熱管進(jìn)行除垢,①放凈殼體內(nèi)的水;②關(guān)閉進(jìn)出水口;③打開進(jìn)汽閥和冷凝水閥門排凈管內(nèi)存水，然后關(guān)閉冷凝水閥門,大約5 -6分鐘突然關(guān)閉進(jìn)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(shí)排掉脫落水垢,連續(xù)3 ~4次即可全部排凈，設(shè)備繼續(xù)投入運(yùn)行。

      為延緩結(jié)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(yīng)定期檢驗(yàn),每年至少進(jìn)行- -次外觀檢查,每三年至少進(jìn)行一次內(nèi)外部檢驗(yàn),每六年至少進(jìn)行- -次檢驗(yàn)。

管殼式換熱器結(jié)構(gòu)及制造標(biāo)準(zhǔn)

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(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)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(gòu)成熱管換熱器。（設(shè)計(jì)制造遵循標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)外 TEMA   ASME   國(guó)內(nèi)  GB151、GB150）

換熱器封頭選取原則

1、管殼側(cè)是否需要清洗；

2、是否需要移動(dòng)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(duì)于固定式，浮頭式造價(jià)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(diǎn)則是一端具有自由度可以處理好熱膨脹問題。