關(guān)于管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題的思考

李楠 翟向輝

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程日益加快，人們越來越重視能源的利用效率和消耗，其中管殼式換熱器不僅能夠有效的提高能源的利用效率，還能夠?qū)κ汀⒒さ刃袠I(yè)起到節(jié)能減排的作用。本文主要講述了管殼式換熱器的應(yīng)用，管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要注意的幾個(gè)問題，以及未來的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】管殼式換熱器；問題；發(fā)展

1、管殼式換熱器的應(yīng)用

目前，我國的管殼式換熱器應(yīng)用非常廣泛，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦须S處可見，比如暖氣散熱片、航天火箭上的油冷卻器等。其主要功能就是保障特定的溫度，并且還能夠有效的提高設(shè)備對能源的利用效率。

管殼式換熱器不僅是工業(yè)生產(chǎn)中十分重要單元設(shè)備，比如冷卻器以及凝汽器等，同時(shí)也是設(shè)備的重要組成部分，比如氨合成塔內(nèi)的換熱器，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，交換器的噸位要占據(jù)整個(gè)工藝設(shè)備的20%到30%之間。

隨著高溫?zé)峁芗夹g(shù)的快速發(fā)展，高溫?zé)峁軗Q熱器的應(yīng)用范圍越來越廣，目前常見的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)、民用以及國防等領(lǐng)域。在輕工業(yè)生產(chǎn)過程中，往往會(huì)需要500℃以上的清潔空氣來滿足助燃、干燥以及供氧等需要，選用管殼式換熱器能夠有效的達(dá)到這個(gè)要求。

隨著管殼式換熱器技術(shù)的快速發(fā)展，必然會(huì)帶來諸多結(jié)構(gòu)變化。殼程折流結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，強(qiáng)化傳熱元件管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)會(huì)隨之發(fā)生變化，為了能夠滿足這些變化，必須要不斷的研究其結(jié)構(gòu)，才能夠從根本上解決管內(nèi)與管間整體強(qiáng)化傳熱的效果。根據(jù)工業(yè)應(yīng)用的結(jié)果可以證明，多種強(qiáng)化傳熱元件的研究成果是前提條件，必須要結(jié)合當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況和操作條件，組合成高質(zhì)量、高效率的新型管殼式換熱器。

2、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題

2.1 管殼式換熱器的介質(zhì)因素。首先，管殼式換熱器在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮管殼式換熱器介質(zhì)的流向，同時(shí)還要保障介質(zhì)的高粘度，進(jìn)而得到較高的傳熱系數(shù)。其次，如果腐蝕介質(zhì)、高溫介質(zhì)以及高壓氣體走管程的時(shí)候，管程材質(zhì)可選擇不銹鋼以及合金鋼材料。最后，如果介質(zhì)比較容易產(chǎn)生污垢，必須要提高管內(nèi)的流速，減少污垢，方便于清理。

2.2 管殼式換熱管的排列形式

2.2.1 正三角形排列。介質(zhì)在經(jīng)過折流板缺口時(shí)，沖刷換熱管外表面，介質(zhì)流動(dòng)能夠逐漸的形成湍流，有利于傳熱。所以，對于無相變管殼式換熱器來講，傳熱與介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)幾乎沒有什么關(guān)系，往往都會(huì)選擇正三角形排列。正三角形排列往往適用于介質(zhì)比較清潔、無需進(jìn)行清理的場合。

2.2.2 轉(zhuǎn)角三角形排列。介質(zhì)在流向折流板缺口的時(shí)候會(huì)平行三角形的另外一邊，介質(zhì)流動(dòng)會(huì)有一部分的分層流，會(huì)對傳熱造成一定的不良影響。對于有相變的管殼式換熱器，往往都會(huì)選擇轉(zhuǎn)角三角形排列。

2.2.3 正方形排列。介質(zhì)流向折流板缺口時(shí)平行于正方形排布的換熱管，介質(zhì)流動(dòng)往往是層流，進(jìn)而會(huì)對傳熱造成不良的影響，往往在介質(zhì)比較臟以及換熱管外需要清晰的場合比較適用。

2.2.4 轉(zhuǎn)角正方形排列。介質(zhì)在流向折流板缺口的時(shí)候垂直正對換熱管，沖刷換熱管外表面的時(shí)候會(huì)形成相應(yīng)的湍流，進(jìn)而能夠有利于傳熱。轉(zhuǎn)角正方形排列主要適用于殼程介質(zhì)比較臟并且需要清洗的場合。

2.3 布管限定圓。布管限定圓主要就是指管殼式換熱器中換熱管外壁所規(guī)定圓的直徑。在進(jìn)行布管限定圓設(shè)計(jì)時(shí)，換熱管不能靠近殼體，如果換熱管與殼體相距比較近的時(shí)候，液體的阻力就會(huì)比較大，會(huì)在一定程度上阻礙液體流向這個(gè)地方，進(jìn)而會(huì)降低傳熱面積。固定管板式換熱器和U型管式換熱器管束最外層管殼式換熱管外表面與殼體內(nèi)壁之間的最短距離應(yīng)該保持在0.25d（d即換熱管外徑），并且不能小于8毫米。

2.4 折流板布置。臥式管殼式換熱器殼程介質(zhì)如果使用的是單相清潔流體的時(shí)候，折流板缺口應(yīng)該進(jìn)行水平上下布置，如果氣體內(nèi)含有少量的液體，應(yīng)該在缺口朝上的折流板的最低處進(jìn)行開通液口，如果液體內(nèi)部含有少量氣體，則應(yīng)該在缺口朝下的折流板最高處進(jìn)行氣口的開通。臥式換熱器、冷凝器以及重沸器殼程介質(zhì)為氣體和液體共存的時(shí)候，應(yīng)該在折流板缺口垂直左右的位置進(jìn)行布置，并且在折流板最低處的位置開通相應(yīng)的排液口。

2.5 管殼式換熱器分程隔板上應(yīng)設(shè)有小孔。在管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，分程隔板上必須要設(shè)有相應(yīng)的小孔，小孔的主要作用就是排凈液體，平衡兩腔的壓力以及排氣的作用。

3、管殼式換熱器的發(fā)展前景

管殼式換熱器具有廣闊的市場發(fā)展前景，隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一般企業(yè)工業(yè)和國防工業(yè)也對管殼式換熱器提出了更高的要求，比如材料耐磨性、耐腐蝕以及高強(qiáng)度。隨著我國不銹鋼、銅合金的復(fù)合材料、鋁鎂合金以及碳化硅等非金屬材料等方面的發(fā)展，越來越多的材料也應(yīng)用其中，發(fā)展比較快的就是鈦材，鈦材本身對海水、醋酸以及氯堿等具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，通過強(qiáng)化傳熱能夠獲得更好的效果。在進(jìn)行材料噴涂時(shí)，我國常常會(huì)選擇國外的先進(jìn)生產(chǎn)線，其中鋁鎂合金具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如抗腐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)熱性能優(yōu)良以及價(jià)格比較低廉等因素。隨著我國對低碳環(huán)保節(jié)能等越來越重視，進(jìn)而要我們不斷的提高管殼式換熱器的性能，從根本上提高傳熱效率。

隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程日益加快，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國市場以及國際市場對于管殼式換熱器的需求量與日俱增，為我國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間。從市場需求來講，在我國政府的大力支持下，國內(nèi)各個(gè)行業(yè)尤其是石油化工、能源電力以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域會(huì)得到快速、穩(wěn)定的發(fā)展，尤其是各種全新能源設(shè)備的發(fā)展和工程的建設(shè)，必然會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

管殼式換熱器本身具有諸多優(yōu)點(diǎn)，操作簡單、節(jié)能環(huán)保，因此在工業(yè)設(shè)備中占據(jù)著十分重要的地位，其質(zhì)量好壞會(huì)直接影響到我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以，要不斷的提高管殼式換熱器的產(chǎn)品質(zhì)量和性能，必須從根本上提升管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，才能夠有效的保障我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。

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