管殼式換熱器設(shè)計(jì)所需考慮的因素

管殼式換熱器設(shè)計(jì)所需考慮的因素?fù)Q熱設(shè)備的類型很多，對(duì)每種特定的傳熱工況，通過(guò)優(yōu)化選型都會(huì)得到一種最合適的設(shè)備型號(hào)，如果將這個(gè)型號(hào)的設(shè)備使用到其他工況，則傳熱的效果可能有很大的改變。因此，針對(duì)具體工況選擇換熱器類型，是很重要和復(fù)雜的工作。對(duì)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)，有以下因素值得考慮。1、流速的選擇流速是換熱器設(shè)計(jì)的重要變量，提高流速則提高傳熱系數(shù)，同時(shí)壓力降與功耗也會(huì)隨之增加，如果采用泵送流體，應(yīng)考慮將壓力降盡量消耗在換熱器上而不是調(diào)節(jié)閥上，這樣可依靠提高流速來(lái)提高傳熱效果。采用較高的流速有兩個(gè)好處：一是提高總傳熱系數(shù)，從而減小換熱面積；二是減少在管子表面生成污垢的可能性。但是也相應(yīng)的增加了阻力和動(dòng)力的消耗，所以需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較才能最后確定適宜的流速。此外在選擇流速上，還必須考慮結(jié)構(gòu)上的要求。為了避免設(shè)備的嚴(yán)重磨損，所算出的流速不應(yīng)超過(guò)最大允許的經(jīng)驗(yàn)流速。以下的三個(gè)表格分別表示了介質(zhì)的流速范圍和水在管內(nèi)的流速余材質(zhì)的關(guān)系等。2、允許壓力降的選擇選擇較大的壓力降可以提高流速，從而增強(qiáng)傳熱效果減少換熱面積。但是較大的壓力降也使得泵的操作費(fèi)用增加。合適的壓力降值需要以換熱器年總費(fèi)用為目標(biāo)，反復(fù)調(diào)整設(shè)備尺寸，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算而得出。在大多數(shù)設(shè)備中，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一側(cè)的熱阻明顯的高于另一側(cè)，此側(cè)的熱阻成為控制熱阻?？蓺こ痰臒嶙枋强刂苽?cè)時(shí)，可以用增加折流板塊數(shù)或者縮小殼徑的方法，來(lái)增加殼側(cè)流體流速、減少傳熱熱阻，但是減少折流板間距是有限制的，一般不能小于殼徑的1/5或50mm。當(dāng)管程的熱阻是控制側(cè)時(shí)，則依靠增加管成熟來(lái)增加流體流速。在處理粘稠物料時(shí)，如果流體處于層流流動(dòng)則將此物料走殼程。由于在殼程的流體流動(dòng)易達(dá)到湍流狀態(tài)，這樣可以得到較高的傳熱速率，還可以改進(jìn)對(duì)壓力降的控制。下圖為不同介質(zhì)在不同設(shè)備類型中的允許壓力降參考值：3、管殼程流體的確定主要根據(jù)流體的操作壓力和溫度、可以利用的壓力降、結(jié)構(gòu)和腐蝕特性，以及所需設(shè)備材料的選擇等方面，考慮流體適宜走哪一程。下面的因素可供選擇時(shí)考慮：適于走管程的流體有水和水蒸氣或強(qiáng)腐蝕性流體；有毒性流體；容易結(jié)構(gòu)的流體；高溫或高壓操作的流體等。適于走殼程的流體有塔頂餾出物的冷凝；烴類的冷凝和再沸；管件壓力降控制的流體；粘度大的流體等。當(dāng)上述情況排除后，介質(zhì)走哪一程的選擇，應(yīng)著眼于提高傳熱系數(shù)和最充分的利用壓力降上。由于介質(zhì)在殼程的流動(dòng)容易達(dá)到湍流（Re≥100），因而將粘度大的或流量小的流體，即雷諾數(shù)低的流體走殼程一般是有利的。反之，如果流體在管程能夠達(dá)到湍流時(shí)，則安排走管程較合理。若從壓力降的角度考慮，一般是雷諾數(shù)低的走殼程合理。4、換熱終溫的確定換熱終溫一般由工藝過(guò)程的需要確定。當(dāng)換熱終溫可以選擇時(shí)，其數(shù)值對(duì)換熱器是否經(jīng)濟(jì)合理有很大的影響。在熱流體出口溫度與冷流體出口溫度相等的情況下，熱量利用效率最高，但是有效傳熱溫差最小，換熱面積最大。另外，在確定物流出口溫度時(shí)，不希望出現(xiàn)溫度交叉現(xiàn)象，即熱流體出口溫度低于冷流體出口溫度。5、設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)于一定的工藝條件，首先應(yīng)確定設(shè)備的形式，例如選擇固定管板形式還是浮頭形式等。參照下表1-7.在換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中，強(qiáng)化傳熱總的目標(biāo)概括有：在給定換熱量下減少換熱器的尺寸；提高現(xiàn)有換熱器的性能；減小流動(dòng)工質(zhì)的溫差；或者降低泵的功率。傳熱過(guò)程是指兩種流體通過(guò)硬設(shè)備的壁面進(jìn)行熱交換的過(guò)程，按照流體的傳熱方式基本上可以分為無(wú)相變和有相變兩種類型。無(wú)相變過(guò)程強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究