您好，歡迎來到易龍商務網！
發布時間：2021-03-05 12:56
【廣告】
對于完成某一任務的換熱器,往往有多個選擇,如何確定的換熱器,是換熱器優化的問題,即采用優化方法使設計的換熱器滿足的目標函數和約束條件。在換熱器設計中,目標函數是指包括設備費用和操作費用在內的總費用。擋板可以提高殼體側流體的速度，迫使流體按規定的距離多次通過管束，提高流體的湍流程度。本文主要針對管殼式水冷卻器冷卻水出口溫度的優化問題,利用一般優化設計的原理和方法,以操作費用為優化目標,給出相應的目標函數,并用MATLAB語言編寫了計算程序,后給出了一個計算實例。
1目標函數
對于以水為冷卻介質的管殼式冷卻器,進口水溫一定時,由傳熱學的基本原理分析可知,冷卻水的出口費用將影響傳熱溫差,從而影響換熱器的傳熱面積和投資費用。⑤釜式換熱器釜式換熱器結構特點是在殼體上部設置適當的蒸發空間，同時兼有蒸汽室的作用。若冷卻水出口溫度較低,所需的傳熱面積可以較小,即換熱器的投資費用減少;但此時的冷卻水的用量則較大,所需的操作費用增加,所以存在使設備費用和操作費用之和為的冷卻水出口溫度。
設換熱器的年固定費用FA = KF.CA.A (1)式中FA———換熱器的年固定費用,元;KF———換熱器的年折舊率, 1 /y;CA———換熱器單位傳熱面積的投資費用,元/m2 ;A———換熱器的傳熱面積,m2。換熱器的年操作費用FB =Cu?WuHy/1000 (2)式中FB———換熱器的年操作費用,元;Cu———單位質量冷卻水費用,元/噸;Wu———換熱器冷卻水用量, kg/h;Hy———換熱器每年運行時間, h。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。因此換熱器的年總費用即目標函數F = FA FB = KFCAA Cu?WuHy/1000 (3)2A與Wu的數學模型———熱平衡方程換熱器的熱負荷為Q =GcPi ( T1 - T2 ) (4)式中Q———換熱器的熱負荷, kJ /h;G———換熱器熱介質處理量, kg/h;cpi———熱流體介質比熱容, kJ / ( kg?℃) ;T1、T2———熱流體的進出口溫度,℃。
管殼式換熱器在制作時，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分一般與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明，工業水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的復雜程度也會影響腐蝕形態。將熱管元件按一定行列間距布置，成束裝在框架的殼體內，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。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕。化學腐蝕就是介質的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學介質，就會受到化學介質的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。
管殼式換熱器
填料函式換熱器 填料函式換熱器其結構特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。
填料函式換熱器的優點是結構較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價低；管束可從殼體內抽出，管內、管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函耐壓不高，一般小于4.0MPa；
殼程介質可能通過填料函外漏，對、、有毒和貴重的介質不適用。填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質易結垢，需經常清理且壓力不高的場合。
⑤釜式換熱器 釜式換熱器結構特點是在殼體上部設置適當的蒸發空間，同時兼有蒸汽室的作用。
管束可以為固定管板式、浮頭式或U 型管式。釜式換熱器清洗維修方便，可處理不清潔、易結垢的介質，并能承受高溫、高壓。它適用于液-汽式換熱，可作為簡結構的廢熱鍋爐。
設計計算
1.殼體壁厚計算（包括管箱短節、封頭、殼程筒體的壁厚計算）管、殼程筒體壁厚應滿足GB151中壁厚的規定，對于碳素鋼和低合金鋼壁厚是按腐蝕裕量C2=1mm考慮的，對于C2大于1mm的情況，殼體的壁厚應相應增加。
2.開孔補強計算
對于殼體采用鋼管制的，建議采用整體補強（增加筒體壁厚或采用厚壁管）；對于比較厚的管箱上開大孔考慮綜合經濟性
不另行補強應滿足的幾點要求：
①設計壓力≤2.5Mpa
②相鄰兩孔中心距應不小于兩孔直徑之和的兩倍
③接管公稱直徑≤89mm
④接管壁厚應表8-1的要求（接管腐蝕裕量為1mm）
