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1、·46·工程设计(Konstruktion)1998.2管壳式换热器管壳式换热器的火用经济学优化设计作者:杨波涛 戚冬红Thermoeconomicdesignoftubularheatexchanger的传热边界层中。通过诸如提高流速、改善换热管内AbstractThisarticleanalysesthethermoeconomic外表面的结构,利用扰动促进物等措施能有效地降低characteristicsoftubularheatexchangerbyusingthe热火用损。火用损的另一部分是由于
2、流动阻力引起的更高firstandsecondlawofthermodynamics.The品位的机械火用损失。本文考虑的年度成本包括设备calculatingmethodsuitableforengineeringdesignis年折旧费、机械火用损成本两部分,以单位收益热量火用derived,whichcanbeusedtoinstructtheoptimum成本最小作为目标函数。对目标函数的约束条件包designoftubularheatexchanger.括:壳程、管程接管内流速控制;流体流动状态
3、为湍流Keywordstubularheatexchanger,cost,exergy,或起码为过渡流;管程、壳程流体流速控制;折流板间thermoeconomics距控制;其他结构尺寸控制等。上述约束条件原则上摘要 本文对管壳式换热器的火用经济特性进行了分析与计根据GB151-89《钢制管壳式换热器设计规定》而定。算,对以单位收益火用成本最低为目标的换热器优化设计,给出对于给定流体进出口温度的换热器,热火用的损耗了适于工程设计的计算方法。是定值。若设备折旧费按直线折旧法计算,则有:关键词 管壳式换热器
4、成本 火用火用经济学minC=(Cn+Cf△Emec)/Eq(1)式中:C换热器单位收益火用成本(元/J);1 引言Cn换热器年度折旧费(元/a);管壳式换热器的传统设计方法是建立在热力学Cf机械火用单价(元/J);第一定律基础上的,这样设计出来的换热器在能量的△Emec年度总机械火用损失(J/a);回收利用运行经济性方面都存在先天的不足。解决Eq年度总收益热火用(J/a)。此问题的方法是把热力学第一、第二定律结合起来,其中的Cn按下式计算:作为换热器设计的基础。这就提出了换热器热力学Cs-Cs1Cn=A
5、(2)的完善性与经济合理性的协调问题。片面追求热力n2学的完善性往往造成经济上的不合理。所以,作出工式中:Cs单位换热面积的成本(元/m);2程设计的决策时,不仅要考虑热力学的完善性,还应Cs1单位换热面积的残值(元/m);考虑经济的合理性,即换热器的工程设计应该建立在n使用年限,一般为5～10年(a);2火用经济学的基础上。A以管内表面计的换热面积(m)。本文对管壳式换热器的火用经济性作了进一步的Cf按下式计算来说:探讨,以单位收益火用成本最低为目标函数,探讨换热Cf1Cf=(3)器结构参数与目标函数的
6、关系,寻求最佳的结构参数(ηd·ηj)及操作参数,给出了适于工程设计的方法。式中:Cf1电价(元/J);ηd电机效率;2 理论分析ηj机、泵效率。[3]换热器中的火用损分为两部分。一部分是传热温机械火用损△Emec按下式计算:差引起的的热火用损,它主要产生于换热管内、外表面△Emec=m1·△p1/ρ1+m2·△p2/ρ2θ(4)式中:m1、m2分别为管程、壳程流体的质量流率杨波涛 讲师,云南工业大学化轻学院,650224(Kg/s);戚冬红 讲师,云南工业大学化轻学院,650224ρ1、ρ2分别为管程、
7、壳程流体定性温度下©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net管壳式换热器的火用经济学优化设计·47·的密度(kg/m3);-4.5-5-3.5C4Dopt-4C5Dopt=0(12)△p1、△p2分别为管程、壳程总压力降其中:(Pa);1.80.8QCsdiμ1C1=B0.81.6kθ全年开工时间(S0)。n△Tmλ(mm1)tPr1μ0.4910.1820.16
8、4对定压比热与温度的关系不大的情况,可近似认2det-d0B1=2.9910.2760.327× 为定压比热值恒定。则年度总收益热火用Eq按下式计Pr2ρ2t0.1640.832算[3]:Lλ2d0Cf•QCsdi10)di△STmndλo2Eq=C2(T2e-T2)+LndT2/Tri2ees(5)sμ0.490.180.164式中:2deLCθft-d0C2冷流体的热容(W/K);B2=0.5870.2750.33×
