管殼式換熱器的應(yīng)用

型換熱器廣泛應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域。由于工藝要求高，制造難度大，目前世界上僅有少數(shù)幾個(gè)國家能夠成功研制。近年來，中國一重進(jìn)行了上百次試驗(yàn)，攻克了雙等級(jí)換熱管束的焊接和脹接、組裝焊接次序、局部熱處理等高難技術(shù)，終形成了一整套設(shè)計(jì)、工藝方案，為順利完成制造提供了技術(shù)支持。在管殼式換熱器中熱應(yīng)力是怎樣造成的管殼式換熱器中的固定不動(dòng)管板換熱器的構(gòu)造特點(diǎn)決定了其熱應(yīng)力的難題：殼體兩邊與管板電焊焊接，組成剛度構(gòu)造。

管殼式換熱器主要有固定管板換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式的浮頭換熱器等結(jié)構(gòu)型式，固定管板換熱器因結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣等優(yōu)勢在工程中得到了廣泛應(yīng)用

對于完成某一任務(wù)的換熱器,往往有多個(gè)選擇,如何確定的換熱器,是換熱器優(yōu)化的問題,即采用優(yōu)化方法使設(shè)計(jì)的換熱器滿足的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。在換熱器設(shè)計(jì)中,目標(biāo)函數(shù)是指包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用在內(nèi)的總費(fèi)用。本文主要針對管殼式水冷卻器冷卻水出口溫度的優(yōu)化問題,利用一般優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理和方法,以操作費(fèi)用為優(yōu)化目標(biāo),給出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù),并用MATLAB語言編寫了計(jì)算程序,后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例。管板根據(jù)管板與管箱、殼體的連接結(jié)構(gòu)，管板可分為：a)延長部分兼作法蘭的固定管板。

1目標(biāo)函數(shù)

　　對于以水為冷卻介質(zhì)的管殼式冷卻器,進(jìn)口水溫一定時(shí),由傳熱學(xué)的基本原理分析可知,冷卻水的出口費(fèi)用將影響傳熱溫差,從而影響換熱器的傳熱面積和投資費(fèi)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(fèi)用減少;但此時(shí)的冷卻水的用量則較大,所需的操作費(fèi)用增加,所以存在使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和為的冷卻水出口溫度。在換熱器設(shè)計(jì)中,目標(biāo)函數(shù)是指包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用在內(nèi)的總費(fèi)用。

　　設(shè)換熱器的年固定費(fèi)用FA = KF.CA.A (1)式中FA———換熱器的年固定費(fèi)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(fèi)用,元/m2 ;A———換熱器的傳熱面積,m2。換熱器的年操作費(fèi)用FB =Cu?WuHy/1000 (2)式中FB———換熱器的年操作費(fèi)用,元;Cu———單位質(zhì)量冷卻水費(fèi)用,元/噸;Wu———換熱器冷卻水用量, kg/h;Hy———換熱器每年運(yùn)行時(shí)間, h。因此換熱器的年總費(fèi)用即目標(biāo)函數(shù)F = FA FB = KFCAA Cu?WuHy/1000 (3)2A與Wu的數(shù)學(xué)模型———熱平衡方程換熱器的熱負(fù)荷為Q =GcPi ( T1 - T2 ) (4)式中Q———換熱器的熱負(fù)荷, kJ /h;G———換熱器熱介質(zhì)處理量, kg/h;cpi———熱流體介質(zhì)比熱容, kJ / ( kg?℃) ;T1、T2———熱流體的進(jìn)出口溫度,℃。等邊三角形布置緊湊，管外流體湍流，傳熱系數(shù)大，方形布置便于管外清洗，適用于結(jié)垢流體。

　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。擋板可以提高殼體側(cè)流體的速度，迫使流體按規(guī)定的距離多次通過管束，提高流體的湍流程度。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。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。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。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。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。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。

管殼式換熱器是由哪些構(gòu)造構(gòu)成的？ 

管殼式換熱器由殼體、熱傳導(dǎo)管束、管板、折流板(折流板)和管箱構(gòu)成.管殼熱交換器的殼體大多數(shù)為圓柱型，配有管束，管束兩邊固定不動(dòng)在管板上。有二種熱傳導(dǎo)流體，一種是管中流體，另一種是管側(cè)流體，另一種是管外流體，稱之為殼側(cè)流體。以便提升管外流體的導(dǎo)熱系數(shù)，一般 在殼體內(nèi)安裝好多個(gè)擋板。擋板能夠 提升殼體側(cè)流體的速率，驅(qū)使流體按照規(guī)定的間距數(shù)次根據(jù)管束，提升流體的滲流水平。換散熱器可按等邊三角形或方形布局在管板上。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。FPR波動(dòng)盤管殼熱交換器的流體每一次根據(jù)管束時(shí)稱之為多管側(cè)，每一次根據(jù)管束時(shí)稱之為多管側(cè)。以便提升管中流體的流動(dòng)性速率，能夠 在管箱兩邊設(shè)定擋板，并將全部管分成兩組。那樣，流體一次只根據(jù)一部分管路，因而在管束中往返流動(dòng)性數(shù)次，這被稱作多管全過程。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)。多管多殼可融合應(yīng)用。燃?xì)夤艿?，如果客戶提供圖紙和要求，我們可以根據(jù)客戶的要求定做，以確?，F(xiàn)場更換燃?xì)夤艿赖囊蠛驮O(shè)計(jì)要求，如果客戶提供圖紙和要求，我們可以根據(jù)客戶的要求定制，以保證現(xiàn)場更換的要求和設(shè)計(jì)要求。