換熱器設計中的常見問題分析

摘 要：換熱器是一種在物料間實現傳遞熱量的節能設備，將熱量通過高溫流體傳遞給低溫流體，從而使設備整體流體溫度達標后應用于多種產業中。本文針對換熱器在應用中常見的幾個問題做出分析，并且相繼提出改進措施，主要以管殼式換熱器為例進行探討。

關鍵詞：管殼式換熱器；設計；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.020

0 引言

換熱器用途廣泛，實用價值強，已經在多種領域中形成產業鏈條，主要運用在石油、化工、能源及各種輕工業中。專家在設計換熱器中會過度依賴計算機給予的計算結果，從而忽略了其過程，導致設計中出現錯誤，下面針對設計中常見的問題進行簡要分析解決，保障其質量。

1 換熱器的基本介紹

換熱器有很多種類型，有管板式，浮頭式和U形管式等，因其構造不同，其使用特點和發揮的作用也大不相同，其主要以常見的管殼式換熱器為多，在生活應用中高達70%。在整體設計中既要考慮材質的結構和壓力等問題，還要考慮到它的供熱和清洗條件以及檢修方面等多種問題。設計管殼式換熱器時注重實現其低成本高效益的社會價值，在成本制造上具有多重優勢，足夠的選材范圍，能夠承受高溫高壓并且結構優化等。只有不斷完善其結構設計才能保障其長期安穩運行。

2 換熱器設計中的常見問題

（1）管、殼程試驗壓力的選取。首先，在管程設計中，設計者應當注意換熱器管程設計壓力與殼程設計壓力的平衡，設計者不應在其壓力值相差變大的情況下仍然照常進行。比如當管程試驗壓力大于殼程試驗壓力時，設計者應該提高殼程試驗壓力使之與管程試驗壓力相平衡，進行此項試驗時，應該首先核對殼體的壓力值必須低于所有材料在試驗溫度下90%的彎曲度，然后運用處于換熱管和管板間的焊接接頭重新進行檢測。如果以上方法還是不能使壓力差得到平衡，如果壓力差略小時，應該考慮對殼程壁的厚度做出調整，適當增厚。

（2）分程隔板槽面積。計算管板時需要得知隔板槽的面積，大多設計者直接用計算機得出板槽面積，這會與規定度面積產生差異。并且，分程隔板槽面積不是簡單地指隔板槽面積，而是在隔板結構中沒有被熱換管所支撐到的面積。

（3）管板計算中，管殼程平均溫差的取值。進行管板設計時也會要求得出殼程金屬的平均溫度和換熱管的平均溫度，這兩個重要數據會直接影響到計算結果。大多設計者會認識不到兩者區別的重要性，通常會隨意選取其中間值，其實這是錯誤的。會嚴重影響到計算結果。計算平均溫差時應當根據該換熱器的進出口溫度進行計算，否則會影響管板溫度。

（4）流體的進入方式。運用雙城換熱器進行冷卻時，通常對冷凝后的溶媒進行進一步冷卻，所以導致設計者忽視其流體流入方式的區別，它們認為先并流后逆流方式和先逆流后并流方式都屬于逆流方式。實際上，流體進入方式大多是先并流后逆流。如下圖中，當冷流體終溫靠近熱流體初溫時，或許會超過熱流體終溫。由此，熱用率高同時不會產生交叉；倘若運用先逆流后并流方式很容易產生溫度交叉，容易出現反導熱現象，因為冷流體的溫度超過熱流體終溫時會影響平均溫度降低，熱利用率也會隨之降低。這種情況發生的概率確實不大，但是一旦發生這種特別現象將嚴重影響傳熱進程，無法達到預期冷卻效果，設計者應當時刻注意這個特別問題。

（5）U形管熱換器中U形管的設計。眾多熱換器中只有U形管熱換器具有適應高溫、高壓、高溫差的特性。所以，對U形管的構造要求也比較高，尤其要重視U形管的支撐作用，對其彎管部分也要特殊設計，因為U形管彎曲后其外側會變薄，但是得注意不能小于直管段壁厚值。此外，當U形管內物質流速變快或者有雜質時，應該及時加厚半徑較少的管壁。當管內有嚴重腐蝕時，應該立即對U形管相關部分管道進行處理。

3 換熱器設計中采取的措施

（1）當管程與殼程的壓力差很大時，首先應該檢測其各自的壓力值是否合格，其次對殼程進行調節。如果還未達到平衡，并且壓力值無法調整時，可以考慮適當加厚殼程壁的厚度。

（2）在換熱器設計過程中對水壓的測試建議選擇JB-T10523-2005標準，因為可以承受超過設備水壓的最大值，但是使用GB 6479-2000標準時就會因為無法承受水壓最大值而發生意外，所以，謹記應當選擇JB-T10523-2005標準。

（3）根據不同類型的熱換器，應當選擇合適的折流板，比如臥式換熱器就應該選擇弓形折流板，因為其缺口位置是左右依次擺列，正符合其構造。其余大多熱換器，就應該選擇弓形折流板中缺口位置是上下依次排列的。

（4）對于以下兩種情況，管箱在其施焊后應當及時進行消除應力的熱處理：a 管箱中運用到低碳、低合金鋼制的分程隔板b管箱中側向開孔超過1/3圓筒管內徑。

（5）設計者應當選擇較小直徑的殼體，因為直徑越小，管子的排列數也會減少，同時流體的流速會變大，因此影響傳熱系數提高，壓降變大，這樣成本也會隨著降低。

（6）設計文件中應當提出相應的檢修意見，這樣可以延長換熱器的有效使用期限，同時也提高其安全可靠性，不管改善的過程中，實現更高標準。

（7）總而言之，設計者在設計過程中應當按照嚴格正確的要求計算各種參數，運用精確的計算軟件進行計算，時刻考慮到其誤差區域，重視過程中容易忽略的細節，提高工作效率，避免不必要的錯誤產生。

4 結束語

換熱器在生活中應用廣泛，所以完善其設計質量對促進工業經濟發展有著積極作用，本文以管殼式換熱器為重點，設計者應注重實現低成本，高效益的熱換器，主動去了解使用者的要求，結合同行資料，并與相關人員積極探討，工作中嚴格按照標準要求，認真對待每一個細節，不斷改進。最后希望設計者以此為鑒，反思自我，提高自身專業技能和職業素養，不斷完善熱換器的功能，使其發揮最大的社會價值。

參考文獻：

[1]丁玉龍，王娟.管殼式換熱器設計相關問題的分析研究[J].廣東化工，2014（10）.

[2]黃偉昌，王玉.管殼式換熱器設計要點綜述[J].管道技術與設備，2015（06）.

作者簡介：陳澤壟（1990-），男，江蘇江陰人，學士，助理工程師，主要研究方向： 換熱器設計。