管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析

周彥奪

摘要：本文主要分析了管殼式換熱器運(yùn)行原理，其次闡述了管殼式換熱器的傳熱性能，通過(guò)相關(guān)分析希望進(jìn)一步提高管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性，僅供參考。

關(guān)鍵詞：管殼式;換熱器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);傳熱性能

1管殼式換熱器原理及傳熱性能

1.1原理

管殼式換熱器是以間壁式換熱器作為主體，一旦管程和殼程二者之間存在的流體溫度產(chǎn)生差異，就會(huì)使溫度比較高的流體通過(guò)管壁。不僅能夠?qū)臒崃恐苯觽鬏斀o溫度比較低的流體，也能幫助溫度較高的流體迅速降溫，幫助溫度比較低的流體進(jìn)行有效加熱，進(jìn)而達(dá)到換熱的目的。如圖一所示將管殼式換熱器結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出來(lái)，其屬于壓力容器的范疇，并且具備換熱表面清洗方便和適用性強(qiáng)等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，所以其被換熱工作人員充分應(yīng)用。

1.2傳熱性能

一是合理增加換熱面積[1]。主要就是對(duì)管殼式換熱器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)內(nèi)外導(dǎo)流筒的方式，達(dá)到增加具體傳熱面積的目的;適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大換熱器外表面，如增加葉片和兩翼就能夠人為的將其外表面擴(kuò)大，這樣就能夠顯著增大傳熱面積;將諸多管殼式換熱器進(jìn)行有效串聯(lián)，在保證其共同作業(yè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行共同換熱，這樣有助于增加換熱面積。

二是適當(dāng)增大平均傳熱溫差?？紤]到冷熱流體自身的溫度，是影響平均傳熱溫差的主要因素。比如：在冷熱流體溫差處于一定狀態(tài)時(shí)，那么平均傳熱溫差就是一個(gè)定值，即便是專(zhuān)業(yè)能力強(qiáng)的工作人員也無(wú)法改變。如果冷熱流體的溫差為變量時(shí)，那么為了能夠達(dá)到增大平均傳熱溫差的目的，就要從結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，利用逆流和接近逆流的流向?qū)ζ溥M(jìn)行改變。

三是有效提高管殼換熱器自身傳熱系統(tǒng)。主要就是因?yàn)楣軞な綋Q熱器自身的傳熱系統(tǒng)，是否具備穩(wěn)定性，對(duì)于能否有效傳熱具有直接影響。例如：冷熱流體的對(duì)流換系數(shù)中，如果有一個(gè)系數(shù)比較小，就要結(jié)合具體狀況加大系數(shù)值;通過(guò)減少污垢阻熱的方式，來(lái)提高傳熱系數(shù)，并且也要及時(shí)對(duì)污垢進(jìn)行清理，甚至也要在前期階段落實(shí)污垢防止工作。

2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

2.1 合理添加弓形擋板

管殼式換熱器的運(yùn)行期間，極易產(chǎn)生磨損和腐蝕問(wèn)題，如列管進(jìn)口處的流體速度分布狀況，存在缺乏層次性的問(wèn)題，這樣將阻礙管殼式換熱器運(yùn)行期間，換熱效率的提升?；诖耍趯?duì)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就要在進(jìn)口處，合理的添加一個(gè)弓形擋板;在完成此項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作之后，設(shè)計(jì)人員也要充分利用自身工作經(jīng)驗(yàn)，積極構(gòu)建科學(xué)合理的數(shù)據(jù)模型，在精準(zhǔn)的繪制流速圖基礎(chǔ)上，將沒(méi)有和已經(jīng)完成弓形擋板添加工作這兩種情形下，管殼式換熱其實(shí)際流速狀況進(jìn)行對(duì)比。如果在開(kāi)展此項(xiàng)設(shè)計(jì)工作期間，保證拱形擋板的位置處于適中狀態(tài)，那么換熱器的流速分布狀況也會(huì)比較均勻。在此種狀況下，既能提升整體工作效率，也能提升流體流動(dòng)穩(wěn)定性，甚至對(duì)于后續(xù)提升用戶(hù)使用體驗(yàn)滿(mǎn)意度也具有重要幫助。

2.2有效改變流體入口位置

細(xì)致分析傳統(tǒng)模式下的管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)通常都會(huì)將流體入口位置，設(shè)置在換熱器的上端，正是因?yàn)榇隧?xiàng)原因在應(yīng)用期間，就會(huì)產(chǎn)生流體分布缺乏均勻性、極端流速問(wèn)題發(fā)生概率高、傳熱器工作效率低等多項(xiàng)問(wèn)題。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，要將流體入口位置，設(shè)計(jì)在管殼式換熱器的側(cè)面，并且還要緊緊依據(jù)最新繪制的換熱器模型，來(lái)完成防止模擬工作。

2.3正確選擇對(duì)拉桿固定端

管殼式換熱器整體結(jié)構(gòu)，是由多個(gè)不同部分共同組建而成，其中拉桿就是其中非常要的一個(gè)組成因素。為了能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作落實(shí)到實(shí)處，設(shè)計(jì)人員就要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的管束組裝工藝、防沖擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，選擇正確的對(duì)拉桿固定端，保證圖二所示的焊接結(jié)構(gòu)具有標(biāo)準(zhǔn)性。比如：在對(duì)防沖擋板和殼體進(jìn)行焊接時(shí)，不可避免的會(huì)遇到管殼式換熱器殼體直徑過(guò)大，或是過(guò)小的問(wèn)題，這就要采取具有針對(duì)性的解決方案[2]。一旦發(fā)現(xiàn)殼體的直徑比較大，并且管束是以應(yīng)用暗穿工藝為主，那么就要在靠近殼程介質(zhì)進(jìn)口一端的管板上，科學(xué)合理的對(duì)拉桿固定端進(jìn)行設(shè)置;一旦發(fā)現(xiàn)殼體的直徑比較小，并且管束是以使用明穿工藝為主，則是要在遠(yuǎn)離殼程介質(zhì)口一端的管板上，有效的對(duì)拉桿固定端進(jìn)行設(shè)置。

2.4全面分析管殼式換熱器傳熱需求

管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，在實(shí)際對(duì)其管板上的管控進(jìn)行布設(shè)時(shí)，需要嚴(yán)格遵循具有規(guī)范性的排列形進(jìn)行排列，如結(jié)合具體需求，對(duì)正三角形、正方形、同心圓等多種排列形式進(jìn)行應(yīng)用。不可否認(rèn)，使用率最高的為正三角形排列形式，不僅要保證管間距具有一致性，也要對(duì)管板面積、流速等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行應(yīng)用，為后續(xù)順利開(kāi)展線(xiàn)鉆孔施工工作提供保障。與此同時(shí)，其也會(huì)在清洗工作中存在較大難度。如果是應(yīng)用機(jī)械法，對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行清理，需要保證清理通道>6mm。除此之外，同心圓排列方式的應(yīng)用頻率也比較高，其比較適用于管速度多、均勻布管、介質(zhì)短路問(wèn)題發(fā)生概率低的狀況。

結(jié)束語(yǔ)：

總之，管殼式換熱器是一種非常關(guān)鍵的熱工設(shè)備，結(jié)合我國(guó)目前管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況分析，能夠發(fā)現(xiàn)其深受技術(shù)水平等因素的影響，存在較為顯著的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足。因此，為了能夠保證此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)人員就要在全面掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求、傳熱性能的基礎(chǔ)上，從多個(gè)不同角度出發(fā)，制定完善的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而提升管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳玉良，張彬，李昆，田昧東，黃慶富.超期服役管殼式換熱器檢驗(yàn)檢測(cè)方法探討[J].云南化工，2021，48（01）：96-98.

[2]彭翔，李登洪，李吉泉，姜少飛.板翅式換熱器中新型微凸翅片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析[J/OL].中國(guó)機(jī)械工程：1-8[2021-05-19].

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