管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)考慮的問題

除了前面講過流體的流向，流速和流體出口溫度的挑選外，還應(yīng)考慮：冷熱流體活動(dòng)通道的挑選不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗便利，但U形管式的不宜走管程；本文主要針對(duì)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(yǔ)言編寫了計(jì)算程序,后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例。腐蝕性流體宜在管程，避免管制和殼體一起遭到腐蝕；壓力高的流體宜在管內(nèi)，避免殼體接受壓力。

 飽滿蒸汽宜走殼程，飽滿蒸汽比較清潔，并且冷凝液簡(jiǎn)單排出，被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱；若兩流體溫差大，關(guān)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程，以減小熱應(yīng)力。

   流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程100?Re即可到達(dá)湍流。但這不是肯定的，假如活動(dòng)阻力丟失答應(yīng)，將這種流體通入管內(nèi)并選用多管程結(jié)構(gòu)，反而會(huì)得到更高的給熱系數(shù)。以上各點(diǎn)常常不可能一起滿意，并且有時(shí)還會(huì)彼此對(duì)立，故應(yīng)根據(jù)具體狀況，捉住首要方面，作出適合的決議。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(chǎng)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(chǎng)更換的要求和設(shè)計(jì)要求。

講述管殼式換熱器的構(gòu)造特點(diǎn)

管殼式換熱器由殼體、傳熱管制、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管制，管制兩頭固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)活動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外活動(dòng)，稱為殼程流體。對(duì)于通常的操作壓力相對(duì)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(diǎn)，現(xiàn)在建筑單元的水平太低。為進(jìn)步管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)裝置若干擋板。

擋板可進(jìn)步殼程流體速度，迫使流體按規(guī)則旅程屢次橫向經(jīng)過管制，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形擺放。等邊三角形擺放較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形擺放則管外清洗便利，適用于易結(jié)垢的流體。管式換熱器在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小。流體每經(jīng)過管制一次稱為一個(gè)管程。

   每經(jīng)過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為簡(jiǎn)略的單殼程單管程換熱器，簡(jiǎn)稱為1-1型換熱器。為進(jìn)步管內(nèi)流體速度，可在兩頭管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將悉數(shù)管子均分紅若干組。這樣流體每次只經(jīng)過部分管子，因而在管制中往復(fù)屢次，這稱為多管程。但增加流體流速會(huì)使能量消耗增加，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。相同，為進(jìn)步管外流速，也可在殼體內(nèi)裝置縱向擋板，迫使流體屢次經(jīng)過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可合作使用。

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。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。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。

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(jiǎn)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。

殼程結(jié)構(gòu)

折流板

折流板的作用

a）增加殼程管間的介質(zhì)流速，提高傳熱效果。

b）對(duì)換熱管起支承作用。

c）調(diào)整折流板間距，對(duì)避免管束誘發(fā)振動(dòng)有一定的作用。

折流板的形狀

常用的折流板和支持板的形狀有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種。此外根據(jù)需要還有其它形式的折流板和支持板，如矩形孔圓板和矩形擋板等，見圖所示：

a） 單弓形折流板（圖 a）：是常采用的一種形式，其形式簡(jiǎn)單，但壓降較大。

1) 上下排列（水平切口）即指物料進(jìn)口與弓形缺口是成垂直設(shè)置的，以造成介質(zhì)的劇烈擾動(dòng)來增大傳熱系數(shù)。

2) 左右排列（豎直缺口）是指物料進(jìn)口與弓形缺口是成平行設(shè)置的。多用于臥式冷凝器或蒸發(fā)器，便于冷凝液和氣體的流動(dòng)。

3) 轉(zhuǎn)角排列，一般用于換熱管正方形排列，可使流體形成湍流，以提高傳熱效率。

b） 雙弓形（圖b）和三弓形折流板（圖c）：適用于殼程流量較大的物流，或殼程流體為密度低的低壓時(shí)，此時(shí)壓降會(huì)有大的下降，而傳熱系數(shù)的下降要小得多；同時(shí)這種形式還有利于防止介質(zhì)流動(dòng)過程中誘發(fā)的振動(dòng)。

c）圓盤—圓環(huán)形折流板（圖d）：由圓盤和圓環(huán)交錯(cuò)排列，介質(zhì)流動(dòng)特征是與軸心對(duì)稱。

d）矩形折流板（圖e）：矩形折流板可橫放，也可豎放，而橫放一般用于殼程介質(zhì)為氣相時(shí)，豎放用于殼程介質(zhì)為液相或有冷凝液的場(chǎng)合。這兩種形式通常在大直徑和大流量情況下采用。