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。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。擋板可進步殼程流體速度，迫使流體按規(guī)則旅程屢次橫向經(jīng)過管制，增強流體湍流程度。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。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%。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。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準。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。

化工設(shè)備換熱器之列管式換熱器

種類

　　1) 固定管板式換熱器

　　2) 浮頭式換熱器

　　3) 填料函式換熱器

　　4) U型管式換熱器

　　5) 渦流熱膜換熱器

　　影響換熱器管板腐蝕的主要因素

　　1）介質(zhì)成分和濃度：濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴重。碳鋼和不銹鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕嚴重，而當濃度增加到60%以上時，腐蝕反而急劇下降；

　　（2）雜質(zhì)：有害雜質(zhì)包括氯離子、硫離子、離子、氨離子等，這些雜質(zhì)在某些情況下會引起嚴重腐蝕

　?。?）溫度：腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)，溫度每提升 10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外；

　?。?）ph值：一般ph值越小，金屬的腐蝕越大；

　?。?）流速：多數(shù)情況下流速越大，腐蝕也越大。

幾個重點設(shè)計條件

①操作壓力：作為判定設(shè)備是否上類 的條件之一，必須提供

②物料特性：如用戶不提供物料名稱則必須提供物料的毒性程度。

因為介質(zhì)的毒性程度關(guān)系到設(shè)備的無損監(jiān)測、熱處理、鍛件的級別

對于上類設(shè)備，還關(guān)系到設(shè)備的劃分

a.  GB150  10.8.2.1(f)圖樣注明盛裝毒性極度危害或高度危害介質(zhì)的

容器100%RT.

b. 10.4.1.3  圖樣注明盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的容器，應(yīng)進行焊后熱處理（奧氏體不銹鋼的焊接接頭可不進行熱處理）

c.鍛件. 使用介質(zhì)的毒性為極度或高度危害性的鍛件應(yīng)符合Ⅲ級或Ⅳ級要求。

③管規(guī)格：

常用的   碳鋼 φ19×2，φ25×2.5，φ32×3，  φ38×5

不銹鋼φ19×2，φ25×2，  φ32×2.5，φ38×2.5

換熱管的排列形式：三角形，轉(zhuǎn)角三角形，正方形，轉(zhuǎn)角正方形。

焊接法雖然較脹接可以乃更高的溫度，但是在高溫循環(huán)應(yīng)力的作用下，焊口極易發(fā)生疲勞裂 紋，列管與管孔存在間隙，當受到腐蝕介質(zhì)的侵蝕時，以會加速接頭的損壞。

因此，就產(chǎn)生了焊接和脹接同時使用的方法。這樣不但能提高接頭的性能，同時 可以降低縫隙腐蝕傾向，因而其使用壽命比單用焊接時長的多。在什么場合下適宜施行焊、脹接并用的方法，目前尚無統(tǒng)一標準。

通常在溫度不太高而壓力很高或介 質(zhì)極易滲漏時，采用強度脹加密封焊（密封焊是指單純防止?jié)B漏而施行的焊接，并不保證強度）。當在壓力和溫度都很高的情況下，則采用強度焊加貼脹，（強度焊 是即使焊縫有嚴密性，又能保證接頭具有較大的拉脫力，通常是指焊縫強度等于管子軸向負荷下的強度時的焊接）。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。

貼脹的作用主要是消除縫隙腐蝕和提高焊縫的性能。具體的結(jié)構(gòu)尺寸標準中（GB/T151）已有規(guī)定，在此不再詳述。