管壳式换热器优化设计论文

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1、管壳式换热器优化设计与应用管壳式换换器在化工生产工艺中，主要适用于液相流体之间、气体流体之间及气液两相流体之间的换热，达到回收余热，消除废热的目的，因其具有制作简单，操作及维护维修均较方便的特点，所以应用应用范围比较广范。管壳式换热器设计和造型的核心与其他换热器的设计一样，首先考虑的是传热面积，其次再确定换热器的其他尺寸及换热器的型号。计算换热器的传热面积，必须先确定总传热系数K和平均温度差Δtm。由于总传热系数K值与换热器的类型、尺寸及流体流向等多个因素有关，Δtm与两流体在换热器中的流向、加热（或冷却）介质终温的选择等有关，因此换热器的设计和选型要从以下几方面考虑，通过计算和比较才能

2、设计出适宜的换热器设计。第一、流体流径的选择：流体流径的正确选择，即哪种流体走管间，哪种流体走管内，不仅对换热效率有重要作用，而且对设计投入运行后的维护维修，安全操作均有很大的关系。1）含杂质不干净的流体（如酸冷器、汽机冷凝器的循环水）易结垢的流体宜走管内，在维护时，清洗管内比较方便。比如在清洗冷凝器或换热器时使用高压水枪可快速的完成检修任务。72）有腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。如：利用105%发烟硫酸生产流体三氧化硫时，三氧化硫蒸发器（管壳式换热器的一种）内105%发烟硫酸走管内，在生产过程中，当管子受腐蚀泄漏时，根据出口酸温可简单的判断出

3、故障，对操作人员的危害机率很小；维修时，在管子两端加盲堵即可。3）相对压强高的流体宜走管内，以免壳体受压增加设计时壳程金属消耗量，节省材料，降低设备制作费用。4）饱和蒸汽宜走管间，以便于及时排除冷凝液，而且蒸汽比较干净，它对管间壳程的清洗无要求。三氧化硫蒸发器也是这方面的实际应用。5）有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少，可降低危害风险系数。6）被冷却的流体宜走管间，可充分利用设备外壳向外散热，增加冷却效果。如硫酸生产中使用的酸冷器、蒸汽冷凝水冷却器等7）黏度大的流体或流量较小的流体宜走管间,因流体在有折流挡板的壳程流过时，由于流速和流向的不断改变，在较低雷诺数Re值（≤100）时，即可达到

4、湍流，以提高对流传热系数。30摄氏度时，98硫酸的黏度为15mPa·s，水的黏度为0.80mPa·s，由此可得硫酸的相对黏度远远大于水，酸冷器酸走管间也就是必然的了。8）对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流传热系数α值大的流体温度相近，可以减少热应力。7以上从流体本身特征上对流体流径的选择进行了描述，往往这八个方面不能同时兼顾，在设备初期选型时，可根据实际情况，抓住设备选型的主要矛盾，即解决问题的根本问题。例如，选用管壳式硫酸冷却器时，可先考虑循环水管路的检修与清洗，再根据总传热系数核对对流传热系数和压强降，来选取最佳方案。第二、流体流

5、速选择增加流体在换热器中的流速，可大大增强对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的机会，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是，流速的增加，又使流动阻力增大，动力消耗就增多。所以选用适宜的流速要通过经济衡算才能确定。另外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求，例如，选择高的流速，使用管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，并且一般管子都有一定的标准；通过将单管程变为多管程提高流速使平均温度差下降，等等这些都是在选择流速时应考虑的问题。第三、流体两端温度的确定7如果换热器中冷、热流体的温度都预先由工艺条件规定，当然就不

6、存在两端温度的选取问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件做出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可让水的出口温度提高些，这样就必须加大传热面积；反之为了减小传面积，则要增加水量。这两项要素是相互矛盾的，又是相互关联的。因此一般来说，设计者可选取两端温差为5—10摄氏度。水资源缺乏地区，应选用较大的两端温差Δtmax；相对水资源较为丰富的地区宜选用较小的两端温度差Δtmin。第四、管子的规格和排列方法在选择管子的规格时，应尽可能提高流体流速，以取得较高的雷诺数Re，使流体

7、达到湍流状态，就必须采用小管径的管子，但一般不能超过规定的流速范围。对于易结垢、黏度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的管壳式换热器系列标准中仅有φ25x2.5mm和φ19x2mm两种规格的管子；管子规格的选取另外一个重要的因素就是管子的长度的的选择，管子长度的选择以清洗方便及合理使用管材为原则，长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的管子长度为6米，合理的换热器管长应为1.5米、2米、3米和6米。标准系列中也以这四种规格的管长为