換熱器設(shè)計中的常見問題分析

摘 要：換熱器是一種在物料間實現(xiàn)傳遞熱量的節(jié)能設(shè)備，將熱量通過高溫流體傳遞給低溫流體，從而使設(shè)備整體流體溫度達標后應用于多種產(chǎn)業(yè)中。本文針對換熱器在應用中常見的幾個問題做出分析，并且相繼提出改進措施，主要以管殼式換熱器為例進行探討。

關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；設(shè)計；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.020

0 引言

換熱器用途廣泛，實用價值強，已經(jīng)在多種領(lǐng)域中形成產(chǎn)業(yè)鏈條，主要運用在石油、化工、能源及各種輕工業(yè)中。專家在設(shè)計換熱器中會過度依賴計算機給予的計算結(jié)果，從而忽略了其過程，導致設(shè)計中出現(xiàn)錯誤，下面針對設(shè)計中常見的問題進行簡要分析解決，保障其質(zhì)量。

1 換熱器的基本介紹

換熱器有很多種類型，有管板式，浮頭式和U形管式等，因其構(gòu)造不同，其使用特點和發(fā)揮的作用也大不相同，其主要以常見的管殼式換熱器為多，在生活應用中高達70%。在整體設(shè)計中既要考慮材質(zhì)的結(jié)構(gòu)和壓力等問題，還要考慮到它的供熱和清洗條件以及檢修方面等多種問題。設(shè)計管殼式換熱器時注重實現(xiàn)其低成本高效益的社會價值，在成本制造上具有多重優(yōu)勢，足夠的選材范圍，能夠承受高溫高壓并且結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。只有不斷完善其結(jié)構(gòu)設(shè)計才能保障其長期安穩(wěn)運行。

2 換熱器設(shè)計中的常見問題

（1）管、殼程試驗壓力的選取。首先，在管程設(shè)計中，設(shè)計者應當注意換熱器管程設(shè)計壓力與殼程設(shè)計壓力的平衡，設(shè)計者不應在其壓力值相差變大的情況下仍然照常進行。比如當管程試驗壓力大于殼程試驗壓力時，設(shè)計者應該提高殼程試驗壓力使之與管程試驗壓力相平衡，進行此項試驗時，應該首先核對殼體的壓力值必須低于所有材料在試驗溫度下90%的彎曲度，然后運用處于換熱管和管板間的焊接接頭重新進行檢測。如果以上方法還是不能使壓力差得到平衡，如果壓力差略小時，應該考慮對殼程壁的厚度做出調(diào)整，適當增厚。

（2）分程隔板槽面積。計算管板時需要得知隔板槽的面積，大多設(shè)計者直接用計算機得出板槽面積，這會與規(guī)定度面積產(chǎn)生差異。并且，分程隔板槽面積不是簡單地指隔板槽面積，而是在隔板結(jié)構(gòu)中沒有被熱換管所支撐到的面積。

（3）管板計算中，管殼程平均溫差的取值。進行管板設(shè)計時也會要求得出殼程金屬的平均溫度和換熱管的平均溫度，這兩個重要數(shù)據(jù)會直接影響到計算結(jié)果。大多設(shè)計者會認識不到兩者區(qū)別的重要性，通常會隨意選取其中間值，其實這是錯誤的。會嚴重影響到計算結(jié)果。計算平均溫差時應當根據(jù)該換熱器的進出口溫度進行計算，否則會影響管板溫度。

（4）流體的進入方式。運用雙城換熱器進行冷卻時，通常對冷凝后的溶媒進行進一步冷卻，所以導致設(shè)計者忽視其流體流入方式的區(qū)別，它們認為先并流后逆流方式和先逆流后并流方式都屬于逆流方式。實際上，流體進入方式大多是先并流后逆流。如下圖中，當冷流體終溫靠近熱流體初溫時，或許會超過熱流體終溫。由此，熱用率高同時不會產(chǎn)生交叉；倘若運用先逆流后并流方式很容易產(chǎn)生溫度交叉，容易出現(xiàn)反導熱現(xiàn)象，因為冷流體的溫度超過熱流體終溫時會影響平均溫度降低，熱利用率也會隨之降低。這種情況發(fā)生的概率確實不大，但是一旦發(fā)生這種特別現(xiàn)象將嚴重影響傳熱進程，無法達到預期冷卻效果，設(shè)計者應當時刻注意這個特別問題。

（5）U形管熱換器中U形管的設(shè)計。眾多熱換器中只有U形管熱換器具有適應高溫、高壓、高溫差的特性。所以，對U形管的構(gòu)造要求也比較高，尤其要重視U形管的支撐作用，對其彎管部分也要特殊設(shè)計，因為U形管彎曲后其外側(cè)會變薄，但是得注意不能小于直管段壁厚值。此外，當U形管內(nèi)物質(zhì)流速變快或者有雜質(zhì)時，應該及時加厚半徑較少的管壁。當管內(nèi)有嚴重腐蝕時，應該立即對U形管相關(guān)部分管道進行處理。

3 換熱器設(shè)計中采取的措施

（1）當管程與殼程的壓力差很大時，首先應該檢測其各自的壓力值是否合格，其次對殼程進行調(diào)節(jié)。如果還未達到平衡，并且壓力值無法調(diào)整時，可以考慮適當加厚殼程壁的厚度。

（2）在換熱器設(shè)計過程中對水壓的測試建議選擇JB-T10523-2005標準，因為可以承受超過設(shè)備水壓的最大值，但是使用GB 6479-2000標準時就會因為無法承受水壓最大值而發(fā)生意外，所以，謹記應當選擇JB-T10523-2005標準。

（3）根據(jù)不同類型的熱換器，應當選擇合適的折流板，比如臥式換熱器就應該選擇弓形折流板，因為其缺口位置是左右依次擺列，正符合其構(gòu)造。其余大多熱換器，就應該選擇弓形折流板中缺口位置是上下依次排列的。

（4）對于以下兩種情況，管箱在其施焊后應當及時進行消除應力的熱處理：a 管箱中運用到低碳、低合金鋼制的分程隔板b管箱中側(cè)向開孔超過1/3圓筒管內(nèi)徑。

（5）設(shè)計者應當選擇較小直徑的殼體，因為直徑越小，管子的排列數(shù)也會減少，同時流體的流速會變大，因此影響傳熱系數(shù)提高，壓降變大，這樣成本也會隨著降低。

（6）設(shè)計文件中應當提出相應的檢修意見，這樣可以延長換熱器的有效使用期限，同時也提高其安全可靠性，不管改善的過程中，實現(xiàn)更高標準。

（7）總而言之，設(shè)計者在設(shè)計過程中應當按照嚴格正確的要求計算各種參數(shù)，運用精確的計算軟件進行計算，時刻考慮到其誤差區(qū)域，重視過程中容易忽略的細節(jié)，提高工作效率，避免不必要的錯誤產(chǎn)生。

4 結(jié)束語

換熱器在生活中應用廣泛，所以完善其設(shè)計質(zhì)量對促進工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展有著積極作用，本文以管殼式換熱器為重點，設(shè)計者應注重實現(xiàn)低成本，高效益的熱換器，主動去了解使用者的要求，結(jié)合同行資料，并與相關(guān)人員積極探討，工作中嚴格按照標準要求，認真對待每一個細節(jié)，不斷改進。最后希望設(shè)計者以此為鑒，反思自我，提高自身專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，不斷完善熱換器的功能，使其發(fā)揮最大的社會價值。

參考文獻：

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[2]黃偉昌，王玉.管殼式換熱器設(shè)計要點綜述[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2015（06）.

作者簡介：陳澤壟（1990-），男，江蘇江陰人，學士，助理工程師，主要研究方向： 換熱器設(shè)計。