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。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。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。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。顺流时，入口处两流体的温差，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为。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。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。

热管换热器在炼油及石化工业上的应用

1 　概述

　　随着人们对环境保护的重视,以及节能增效重要性被逐渐认识,一种新型传热元件———热管日益引起人们的重视。

　　2 　原理

　　热管一般由管壳和内部工作液体(工质)组成。1目标函数对于以水为冷却介质的管壳式冷却器,进口水温一定时,由传热学的基本原理分析可知,冷却水的出口费用将影响传热温差,从而影响换热器的传热面积和***费用。管壳是钢制的、抽成真空的密闭管壳,工质是经过特殊处理的液体,热管加热段吸收热流体热量,热量通过热管壁传给管内工质,工质吸热后蒸发和沸腾,转变为蒸汽,蒸汽在微小压差的作用下上升至放热段,受管外冷流体的冷却作用,蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热,冷流体获得热量,冷凝液依靠重力回到加热段。如此周而复始,热流体热量便传给冷流体,使冷流体得到加热。由于热管内部抽成真空,工质极易蒸发与沸腾,热管起动迅速。

　　3 　热管及热管换热器的研究开发

　　热管的发现及热管换热器因其操作简单,不需要动力、各热管换热***,布置灵活等优点大量应用于石化、冶金行业。

针对冷却塔防腐问题，传统方法以补焊为主，但补焊易使管板内部产生内应力，难以消除，可能造成冷却塔管板焊缝再次渗漏。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。现西方***多采用高分子复合材料的方法进行保护。其具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能，在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩，特别是良好的隔离双金属腐蚀和耐冲刷性能，从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏，为冷却塔提供一个长久的保护涂层。

后封头又分为固定式、浮头式以及U型管，相对于固定式，浮头式造价更高、需要更大的壳径、低的换热效果（由于泄漏流C的存在），优点则是一端具有自由度可以处理好热膨胀问题。

前封头

A型封头：适应于管程流体较脏，需要经常清洗的情况。

B型封头：单法兰经济型，由于易于采购，是的封头

C型封头：带管板和可拆盖，管侧清洗方便，可以处理管程高压和高危介质（适当），适于壳侧管束较重以及壳侧需要清洗的情况。

D型封头：特种高压型，适用于特殊高压的工况（管箱焊在管板上）

N型封头：带管板和可拆盖，管束不可拆，此种封头经济性，接近管板容易；可以处理壳侧高危介质。

A型封头与B型封头相比多了一片法兰，其耐压性没有B型封头好，其优点是换热器检修时不许将封头拿掉，相对于B型封头来说更加方便。C型封头、N型封头换热器中的管束是可抽出的，其中C型封头的换热器中的管板和管箱是焊在一起的。