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(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,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。今天帶大家一起以固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)為例，深入了解管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)。

　　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,℃。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

1、安裝時，設(shè)備與設(shè)備之間的凈距離為700mm，設(shè)備與墻體的凈距離為1000mm.

2、為保證設(shè)備運(yùn)行安全,換熱器的頂部須裝安全閥,其開啟壓力宜為熱水系統(tǒng)工作壓力的1.05倍，且不得大于

換熱器本體的設(shè)計(jì)壓力。

3、安全閥的安裝與使用應(yīng)符合規(guī)定。

4、為防止安全閥工作失效,系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)設(shè)膨脹水箱或壓力膨脹罐與換熱器相連。

5、電動溫控閥靈敏度直控制在設(shè)定溫度 5°C以內(nèi)。

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）對換熱管起支承作用。

c）調(diào)整折流板間距，對避免管束誘發(fā)振動有一定的作用。

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。

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，此時壓降會有大的下降，而傳熱系數(shù)的下降要小得多；同時這種形式還有利于防止介質(zhì)流動過程中誘發(fā)的振動。

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

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，豎放用于殼程介質(zhì)為液相或有冷凝液的場合。這兩種形式通常在大直徑和大流量情況下采用。