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管壳式换热器的优化设计

管壳式换热器是广泛应用于各个领域的工业设备,在国民经济中具有非常重要的作用,管壳式换热器的效率问题是设计工作的核心。本文利用优化设计原理,建立了以管壳式换热器优化设计模型。分析了影响年总费用的因素,编制了管壳式换热器优化设计计算机程序。热管是由内壁加工有槽道的两端密封的铝（轧）翅片管经清洗并抽成高真空后注入液态工质而成，随注入液态工质的成分和比例不同，分为KLS低温热管换热器、GRSC-A中温热管换热器、GRSC-B高温热管换热器。后给出了一个计算实例说明优化设计程序的使用。

　　　　热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量,据统计,这类换热器占总用量的99%。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多***都有了系列化标准。热管换热器的优点热管换热器是由若干热管组成的,每根或每片热管是一***传热单元,一根或一片热管损坏,不影响其它热管的正常使用。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有优势。

　热管换热器的优点

　　热管换热器是由若干热管组成的,每根或每片热管是一***传热单元,一根或一片热管损坏,不影响其它热管的正常使用;热管外通常有高频焊翅片,大大增加了换热面积;因为热管以相变及工质汽化潜热的方式传递热量,传热;工作介质的循环是依靠回流液的重力作用,不需外加动力,无机械运行部件,增加了设备可靠性,也极大地减少了运行费用;冷凝段与蒸发段彼此***,实现汇源分割。管式换热器当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。3. 2 　热管的寿命及延长寿命的研究

　　众所周知,金属铁在高温时与工质水易发生反应, Fe H2 O→Fe3 O4 H2↑由于不凝性气体氢气的存在,使得换热管不能将热量传递给冷凝段,也就失去了热管的功用,为解决这一问题,热管界试验了内部成膜、增加吸氢剂等等方案。工业界内部成膜方案使用较为普遍,使得热管内壁反应生成Fe2 O3钝化膜,阻止氢气的进一步生成。取芯时，应切断护栏，使岩心落地，并及时对护栏进行临时修复(堵住管道)，并尽快使岩心正式***。3. 3 　热管换热器的合理设计

　　如图1所示:热侧放出热量等于冷侧吸收热量,可以通过调整冷、热段翅片的间距及调整冷、热侧面积达到调整管内蒸汽温度及壁温的目的,适当降低管内蒸汽温度确保热管安全及提高末排壁温而避开腐蚀。因此,热管换热器工业设计时,根据现场正常设计工况进行设计,依据上限工况校核管内蒸汽温度,依椐下限工况校核温度,从而使得热管换热器的使用可靠性大大增加。化工设备换热器之列管式换热器换热器结构原理列管式换热器是目前化工生产上应用广的一种换热器。

根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

①固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

②浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管式换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。