管殼式換熱器結構設計與性能分析

周彥奪

摘要：本文主要分析了管殼式換熱器運行原理，其次闡述了管殼式換熱器的傳熱性能，通過相關分析希望進一步提高管殼式換熱器結構設計有效性，僅供參考。

關鍵詞：管殼式;換熱器;結構設計;傳熱性能

1管殼式換熱器原理及傳熱性能

1.1原理

管殼式換熱器是以間壁式換熱器作為主體，一旦管程和殼程二者之間存在的流體溫度產生差異，就會使溫度比較高的流體通過管壁。不僅能夠將包含的熱量直接傳輸給溫度比較低的流體，也能幫助溫度較高的流體迅速降溫，幫助溫度比較低的流體進行有效加熱，進而達到換熱的目的。如圖一所示將管殼式換熱器結構展現出來，其屬于壓力容器的范疇，并且具備換熱表面清洗方便和適用性強等多項優勢，所以其被換熱工作人員充分應用。

1.2傳熱性能

一是合理增加換熱面積[1]。主要就是對管殼式換熱器的整體結構進行優化，通過對內外導流筒的方式，達到增加具體傳熱面積的目的;適當的擴大換熱器外表面，如增加葉片和兩翼就能夠人為的將其外表面擴大，這樣就能夠顯著增大傳熱面積;將諸多管殼式換熱器進行有效串聯，在保證其共同作業的基礎上，進行共同換熱，這樣有助于增加換熱面積。

二是適當增大平均傳熱溫差。考慮到冷熱流體自身的溫度，是影響平均傳熱溫差的主要因素。比如：在冷熱流體溫差處于一定狀態時，那么平均傳熱溫差就是一個定值，即便是專業能力強的工作人員也無法改變。如果冷熱流體的溫差為變量時，那么為了能夠達到增大平均傳熱溫差的目的，就要從結構的角度出發，利用逆流和接近逆流的流向對其進行改變。

三是有效提高管殼換熱器自身傳熱系統。主要就是因為管殼式換熱器自身的傳熱系統，是否具備穩定性，對于能否有效傳熱具有直接影響。例如：冷熱流體的對流換系數中，如果有一個系數比較小，就要結合具體狀況加大系數值;通過減少污垢阻熱的方式，來提高傳熱系數，并且也要及時對污垢進行清理，甚至也要在前期階段落實污垢防止工作。

2管殼式換熱器結構優化設計策略

2.1 合理添加弓形擋板

管殼式換熱器的運行期間，極易產生磨損和腐蝕問題，如列管進口處的流體速度分布狀況，存在缺乏層次性的問題，這樣將阻礙管殼式換熱器運行期間，換熱效率的提升。基于此，在對管殼式換熱器結構進行優化設計時，設計人員就要在進口處，合理的添加一個弓形擋板;在完成此項優化設計工作之后，設計人員也要充分利用自身工作經驗，積極構建科學合理的數據模型，在精準的繪制流速圖基礎上，將沒有和已經完成弓形擋板添加工作這兩種情形下，管殼式換熱其實際流速狀況進行對比。如果在開展此項設計工作期間，保證拱形擋板的位置處于適中狀態，那么換熱器的流速分布狀況也會比較均勻。在此種狀況下，既能提升整體工作效率，也能提升流體流動穩定性，甚至對于后續提升用戶使用體驗滿意度也具有重要幫助。

2.2有效改變流體入口位置

細致分析傳統模式下的管殼式換熱器結構，就會發現通常都會將流體入口位置，設置在換熱器的上端，正是因為此項原因在應用期間，就會產生流體分布缺乏均勻性、極端流速問題發生概率高、傳熱器工作效率低等多項問題。這就要求結構設計人員，要將流體入口位置，設計在管殼式換熱器的側面，并且還要緊緊依據最新繪制的換熱器模型，來完成防止模擬工作。

2.3正確選擇對拉桿固定端

管殼式換熱器整體結構，是由多個不同部分共同組建而成，其中拉桿就是其中非常要的一個組成因素。為了能夠將結構優化設計工作落實到實處，設計人員就要嚴格按照標準的管束組裝工藝、防沖擋板結構設計要求，選擇正確的對拉桿固定端，保證圖二所示的焊接結構具有標準性。比如：在對防沖擋板和殼體進行焊接時，不可避免的會遇到管殼式換熱器殼體直徑過大，或是過小的問題，這就要采取具有針對性的解決方案[2]。一旦發現殼體的直徑比較大，并且管束是以應用暗穿工藝為主，那么就要在靠近殼程介質進口一端的管板上，科學合理的對拉桿固定端進行設置;一旦發現殼體的直徑比較小，并且管束是以使用明穿工藝為主，則是要在遠離殼程介質口一端的管板上，有效的對拉桿固定端進行設置。

2.4全面分析管殼式換熱器傳熱需求

管殼式換熱器結構設計人員，在實際對其管板上的管控進行布設時，需要嚴格遵循具有規范性的排列形進行排列，如結合具體需求，對正三角形、正方形、同心圓等多種排列形式進行應用。不可否認，使用率最高的為正三角形排列形式，不僅要保證管間距具有一致性，也要對管板面積、流速等多項參數進行應用，為后續順利開展線鉆孔施工工作提供保障。與此同時，其也會在清洗工作中存在較大難度。如果是應用機械法，對管殼式換熱器進行清理，需要保證清理通道>6mm。除此之外，同心圓排列方式的應用頻率也比較高，其比較適用于管速度多、均勻布管、介質短路問題發生概率低的狀況。

結束語：

總之，管殼式換熱器是一種非常關鍵的熱工設備，結合我國目前管殼式換熱器結構設計狀況分析，能夠發現其深受技術水平等因素的影響，存在較為顯著的結構設計不足。因此，為了能夠保證此種結構設計工作滿足標準要求，設計人員就要在全面掌握結構設計需求、傳熱性能的基礎上，從多個不同角度出發，制定完善的結構優化設計方案，從而提升管殼式換熱器結構設計科學合理性。

參考文獻：

[1]陳玉良，張彬，李昆，田昧東，黃慶富.超期服役管殼式換熱器檢驗檢測方法探討[J].云南化工，2021，48（01）：96-98.

[2]彭翔，李登洪，李吉泉，姜少飛.板翅式換熱器中新型微凸翅片結構設計及性能分析[J/OL].中國機械工程：1-8[2021-05-19].

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