管殼式換熱器的優(yōu)化設(shè)計

 管殼式換熱器是廣泛應(yīng)用于各個領(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)計工作的核心。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)投入運行。本文利用優(yōu)化設(shè)計原理,建立了以管殼式換熱器優(yōu)化設(shè)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(shè)計計算機(jī)程序。后給出了一個計算實例說明優(yōu)化設(shè)計程序的使用。

　　　　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)用于各個工業(yè)部門,尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。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(yīng)性,在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗,其設(shè)計資料比較齊全,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,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。

對于完成某一任務(wù)的換熱器,往往有多個選擇,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)計的換熱器滿足的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。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性數(shù)次，這被稱作多管全過程。在換熱器設(shè)計中,目標(biāo)函數(shù)是指包括設(shè)備費用和操作費用在內(nèi)的總費用。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)計的原理和方法,以操作費用為優(yōu)化目標(biāo),給出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù),并用MATLAB語言編寫了計算程序,后給出了一個計算實例。

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,由傳熱學(xué)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。管殼式換熱器的優(yōu)化設(shè)計管殼式換熱器是廣泛應(yīng)用于各個領(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)計工作的核心。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(shè)備費用和操作費用之和為的冷卻水出口溫度。

　　設(shè)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。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，存在緩沖時間。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(zhì)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。因此換熱器的年總費用即目標(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,℃。

管殼式換熱器維修注意事項

1.管殼式換熱器的大修、集箱、大帽和小帽的拆卸一般需要一個框架(架子的三面需要設(shè)置一個護(hù)欄)，整個裝置的停產(chǎn)和大修一般在前完成。這主要是為了避免施工周期的影響，但不可能在時阻止運行。

2.清理結(jié)束后，應(yīng)安排堆芯在著陸后及時清理，重新加載并及時加壓。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，存在緩沖時間。如果需要管道，則不會重新加載管道盒，無法安裝管道。

3.取芯機(jī)應(yīng)用于回芯組件。取芯時，應(yīng)切斷護(hù)欄，使巖心落地，并及時對護(hù)欄進(jìn)行臨時修復(fù)(堵住管道)，并盡快使巖心正式恢復(fù)。

4.車間應(yīng)在檢修前提供壓力表，一般要求達(dá)到工作壓力的1.5倍。對于通常的操作壓力相對較低，只要它不超過設(shè)備的額定壓力，我通常希望它們盡可能地大一點，現(xiàn)在建筑單元的水平太低。

5.壓力容器的內(nèi)外部檢驗應(yīng)當(dāng)進(jìn)行六年，對經(jīng)無損檢驗發(fā)現(xiàn)的各種缺陷進(jìn)行處理，并按照“壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督條例”的有關(guān)規(guī)定處理。

6.管殼式換熱器的部件應(yīng)根據(jù)圖紙的相關(guān)要求進(jìn)行檢查和維修。

7.對于管道末端的泄漏，如果它屬于膨脹管的連接形式，則應(yīng)再次進(jìn)行管道膨脹。如果它屬于焊接連接的形式，找出泄漏部位并研磨焊接。

8.包裝箱和管板填料的密封位置應(yīng)光滑，不得有軸向深槽。

9.管殼換熱器泄漏：如果管泄漏數(shù)小于管殼和管換熱器總泄漏數(shù)的10%，可采用堵管法進(jìn)行處理。如果泄漏管的數(shù)量占?xì)す軗Q熱器總數(shù)量的10%以上，則應(yīng)根據(jù)工藝條件進(jìn)行換管。