对列管式换热器设计问题的探讨

Ｃｈｉｎａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　工艺设计改造及检测检修　一　～　……　…～　…　……　一　……　…　…　…　。　…　对列管式换热器设计问题的探讨　于鹏王二龙　（国家热交换产品质量监督检验中心，吉林四平１　３６０００）　Ｉ摘要Ｊ换热器是建筑行业采暖必备装置之一，也是节能措施中比较重要的装置。近些年。一些新技术、新工艺及新材料的应用，使换热器得到　广泛应用。所以，不管是从工作发展的角度，还是从能源利用方面，对换热器进行科学合理的设计、分析具有重要意义。本文首先对列管式换热器基本　结构及其类型进行介绍，对列管式换热器设计进行研究。　【关键词】列管式换热器设计冷却器节能　１弓Ｉ言　列管式换热器是换热器中的一种，随着新技术的发展，在石油、　化工行业取得比较广泛的应用。本文对有关列管式换热器设计进行　研究和探讨，不足之处，敬请指正。　２列管式换热器基本结构及其类型　２．１基本结构　列管式换热器的基本结构包括壳体、管板、换热管及封头等，其　中最为核心的部位是传热管，数根传热管进行组合就是传热管束，　将其固定于管壳中，即形成列管式换热器。列管式换热器的工作原　理是把热流体由进口传人热管内部，和冷流体之间交汇后换热，温　度下降后经过出口排出，冷流体经过空气进口传入末节换热器，通　过横流的方式换热，经过隔流板发生折流，然后经过第二节换热器，　继而是第二次折流，然后经过换热器，最后温度较高的冷流体进入　需热装置。　２．２类型　列管式换热器的类型一般是按照管板和管壳之间的联结方式　进行划分，包括固定管板式、Ｕ形管式、浮头式、双管板式及插管式。　其中，固定管板式换热器结构较为简单，制造成本相对较低，在小型　炉上有广泛应用，但是管道外侧难以清扫，而且冷热流体温度的差　异较大，管壳材质很容易发生热膨胀而产生断裂，比￣ｌＫＦＷ型炉换　热器为典型代表；Ｕ形管式换热器是以其传热管形状命名，一头是管　板，另外一头是悬空的状态，管子能够自由膨胀，管板及管柬也能够　随意取出，便于清扫，但是传热管道内部无法清扫，更换也较困难；　浮头式换热器下端管板和管壳是连接在一起的，上端管板为浮动　式，能够自由移动。具有结构牢靠　便于安装、无热膨胀效果等优点，　但是造价较高，浮动管板密封性要求高。　３列管式换热器设计　列管式换热器设计，一方面要确保传热需求，另一方面还要求　传热效率达到设计规范，而且体积小、质量轻、消耗材料少、制造成　本经济、便于维护及安全性能等，所以列管式换热器设计要先按照　化工生产工艺条件及其相关要求对化工工艺进行计算，得出换热器　的传热面积，然后逐个确定管径、管长、管数、管程数以及壳程数，最　后进行机械设计。机械设计的主要内容包括：　（１）壳体直径、客体壁厚；（２）换热器封头型号　压力容器法兰；（３）　管板尺寸；（４）管子拉脱力计算，（５）折流板计算，（６）温差应力ｔ（７）接　管、接管法兰、开孔补强。　３．１设计过程　首先，对换热器类型进行选择，按照表ｌ相关设计参数，可以得　知两种不同的流体温度变化，换热器选用自来水进行冷却，同时也　考虑到换热器管壁温度和壳体温度之间的温差会比较大，所以初步　决定使用Ｕ型管式换热器。　、　因为冷却水比较容易产生水垢，为了方便清洗，要确保循环水　走管程，空气走壳程，按照管内流体流速范围参数值，选择管内流速　为Ｉ　ｍ／ｓ。因为热流体是空气，而冷流体是水，都是没有腐蚀性的物　表１设计参数　空气　水　工作温度　ｌ２８一１００℃　一　３０＂４０℃　设计温度　１６５℃　７５℃　设计压力　０．９Ｍ＿Ｐａ　Ｏ．７ＭＰａ　流速　８０ｋｇ／ｓ　质，因此可以选择经济适用的碳钢作为换热器的材质，即是碳钢管。　３，２设计计算　首先，计算换热器的热负荷。通过热流体对热负荷进行计算：　Ｑ０；ｍｏＣ　Ａｔｏ＝８０×１．０１８ｘ（１２８一ｔｏｏ）＝２２８０．３（１ｏｗ）　其次，计算平均传热温差：　＝　＝７８．７６＂Ｃ　△屯　７０　然后，可以确定冷却水用量为　：　：　：５４．４ｋｇ／　‘　ｆ×Ａｔ，４・１９１×（４０—３０）　最后，得出总传热系数　，管壁导热系数为４５Ｗ／（ｍ　℃），　为６６０．１Ｗ／（ｍ　℃），传热面积进行计算，得到Ｓ＝Ｉ．１５　Ｘ　Ｓｒ＿１．１５×　４３．８６＝５０．４４（ｍ０）。　３．３工艺结构尺寸　经过设计和计算的环节，确定换热器管程的数量是２管程；传热　管总根数是３５６根Ｉ管程排列每程内是按照正方形进行排列，隔板周　围也是按照正方形排列，管心距￣：３２ｍｍ；横过管柬中心线管数是２３　根；壳体内径是９（ＤｍｍＩ拆流板间距是５￣ａａｍ；拆流板数量是３块；壳　程流体接管内径是０．４５１ｍ，管程流体接管内径是Ｏ．２１８ｍ。　３．４换热器内流体流动阻力　因此，可以得到管程流动阻力式：　△　；（１．７９２．６＋１４５３．４）×１．４ｘ２＝９０８８．８（ｐａ）＜ｌＯ（ｋｐａ）　壳体阻力：　△　：３‘　１×Ｉ　３．５一—２ｘ０—０．５　ｌ—９７４．８ｘ—０．９９７２：３４７２．．９　Ｉ　２　１　ｌａ）　总阻力：　＝１２０２７．１＋３４７２．１＝１５４９９．２（ｐａ）　确保流动阻力始终处于允许的范围之内，从而达到设计要求，　结果发现设计符合相关技术标准。　４结语　综上所述，列管式换热器具有结构牢靠、耐高压的特点，而且制　造工艺相对比较成熟，具有很强的适应性，且材料选择范围比较广　泛，因此在诸多工业行业中都有应用。本文对列管式换热器设计进　行研究，按照设计参数，对换热器的热负荷、平均传热温差、冷却水　用量、总传热系数进行计算，得出传热面积，经过设计和计算的环节　确定工艺结构尺寸，最后经过换热器内流体流动阻力验证发现，列　管式换热器设计确保流动阻力始终处于允许的范围之内，从而达到　设计要求，结果发现设计符合相关技术标准。　参考文献：　［１］张晓霞．列管式换热器结垢的原因及解决措施［Ｊ］．科技信息，　２Ｏ１　１（１　２）。　［２］胡建春．列管式换热器失效原因及改进措施［Ｊ］．中国设备工程，　２００３（０９）．　［３］黄林。张勇，刘水长。李鹏。谢文滔。董雷，吴林华。林齐健．油水列管式　换热器流场的数值模拟［Ｊ］．湖南工业大学学报，２０１　１（Ｏ５）．　［４］张忠凯，刘玉英．列管式换热器的泄漏分析及防漏措施［Ｊ］．化工设　备与管道，２０１　２（０２）．　［５］王永红．列管式换热器强化传热研究及发展［Ｊ］．低温与超导，２０１２　（Ｏ５）．　２ｏ１５￣－１１月上第２１期总第２２５期４９