摘 要：換熱器是一種在物料間實(shí)現(xiàn)傳遞熱量的節(jié)能設(shè)備，將熱量通過(guò)高溫流體傳遞給低溫流體，從而使設(shè)備整體流體溫度達(dá)標(biāo)后應(yīng)用于多種產(chǎn)業(yè)中。本文針對(duì)換熱器在應(yīng)用中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題做出分析，并且相繼提出改進(jìn)措施，主要以管殼式換熱器為例進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；設(shè)計(jì)；措施

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

0 引言

換熱器用途廣泛，實(shí)用價(jià)值強(qiáng)，已經(jīng)在多種領(lǐng)域中形成產(chǎn)業(yè)鏈條，主要運(yùn)用在石油、化工、能源及各種輕工業(yè)中。專家在設(shè)計(jì)換熱器中會(huì)過(guò)度依賴計(jì)算機(jī)給予的計(jì)算結(jié)果，從而忽略了其過(guò)程，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，下面針對(duì)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析解決，保障其質(zhì)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(gòu)造不同，其使用特點(diǎn)和發(fā)揮的作用也大不相同，其主要以常見(jiàn)的管殼式換熱器為多，在生活應(yīng)用中高達(dá)70%。在整體設(shè)計(jì)中既要考慮材質(zhì)的結(jié)構(gòu)和壓力等問(wèn)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(wèn)題。設(shè)計(jì)管殼式換熱器時(shí)注重實(shí)現(xiàn)其低成本高效益的社會(huì)價(jià)值，在成本制造上具有多重優(yōu)勢(shì)，足夠的選材范圍，能夠承受高溫高壓并且結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。只有不斷完善其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能保障其長(zhǎng)期安穩(wěn)運(yùn)行。

2 換熱器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

（1）管、殼程試驗(yàn)壓力的選取。首先，在管程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)注意換熱器管程設(shè)計(jì)壓力與殼程設(shè)計(jì)壓力的平衡，設(shè)計(jì)者不應(yīng)在其壓力值相差變大的情況下仍然照常進(jìn)行。比如當(dāng)管程試驗(yàn)壓力大于殼程試驗(yàn)壓力時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該提高殼程試驗(yàn)壓力使之與管程試驗(yàn)壓力相平衡，進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該首先核對(duì)殼體的壓力值必須低于所有材料在試驗(yàn)溫度下90%的彎曲度，然后運(yùn)用處于換熱管和管板間的焊接接頭重新進(jìn)行檢測(cè)。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(shí)，應(yīng)該考慮對(duì)殼程壁的厚度做出調(diào)整，適當(dāng)增厚。

（2）分程隔板槽面積。計(jì)算管板時(shí)需要得知隔板槽的面積，大多設(shè)計(jì)者直接用計(jì)算機(jī)得出板槽面積，這會(huì)與規(guī)定度面積產(chǎn)生差異。并且，分程隔板槽面積不是簡(jiǎn)單地指隔板槽面積，而是在隔板結(jié)構(gòu)中沒(méi)有被熱換管所支撐到的面積。

（3）管板計(jì)算中，管殼程平均溫差的取值。進(jìn)行管板設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)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(gè)重要數(shù)據(jù)會(huì)直接影響到計(jì)算結(jié)果。大多設(shè)計(jì)者會(huì)認(rèn)識(shí)不到兩者區(qū)別的重要性，通常會(huì)隨意選取其中間值，其實(shí)這是錯(cuò)誤的。會(huì)嚴(yán)重影響到計(jì)算結(jié)果。計(jì)算平均溫差時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)該換熱器的進(jìn)出口溫度進(jìn)行計(jì)算，否則會(huì)影響管板溫度。

（4）流體的進(jìn)入方式。運(yùn)用雙城換熱器進(jìn)行冷卻時(shí)，通常對(duì)冷凝后的溶媒進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，所以導(dǎo)致設(shè)計(jì)者忽視其流體流入方式的區(qū)別，它們認(rèn)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(shí)際上，流體進(jìn)入方式大多是先并流后逆流。如下圖中，當(dāng)冷流體終溫靠近熱流體初溫時(shí)，或許會(huì)超過(guò)熱流體終溫。由此，熱用率高同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生交叉；倘若運(yùn)用先逆流后并流方式很容易產(chǎn)生溫度交叉，容易出現(xiàn)反導(dǎo)熱現(xiàn)象，因?yàn)槔淞黧w的溫度超過(guò)熱流體終溫時(shí)會(huì)影響平均溫度降低，熱利用率也會(huì)隨之降低。這種情況發(fā)生的概率確實(shí)不大，但是一旦發(fā)生這種特別現(xiàn)象將嚴(yán)重影響傳熱進(jìn)程，無(wú)法達(dá)到預(yù)期冷卻效果，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注意這個(gè)特別問(wèn)題。

（5）U形管熱換器中U形管的設(shè)計(jì)。眾多熱換器中只有U形管熱換器具有適應(yīng)高溫、高壓、高溫差的特性。所以，對(duì)U形管的構(gòu)造要求也比較高，尤其要重視U形管的支撐作用，對(duì)其彎管部分也要特殊設(shè)計(jì)，因?yàn)閁形管彎曲后其外側(cè)會(huì)變薄，但是得注意不能小于直管段壁厚值。此外，當(dāng)U形管內(nèi)物質(zhì)流速變快或者有雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)加厚半徑較少的管壁。當(dāng)管內(nèi)有嚴(yán)重腐蝕時(shí)，應(yīng)該立即對(duì)U形管相關(guān)部分管道進(jìn)行處理。

3 換熱器設(shè)計(jì)中采取的措施

（1）當(dāng)管程與殼程的壓力差很大時(shí)，首先應(yīng)該檢測(cè)其各自的壓力值是否合格，其次對(duì)殼程進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果還未達(dá)到平衡，并且壓力值無(wú)法調(diào)整時(shí)，可以考慮適當(dāng)加厚殼程壁的厚度。

（2）在換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)水壓的測(cè)試建議選擇JB-T10523-2005標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榭梢猿惺艹^(guò)設(shè)備水壓的最大值，但是使用GB 6479-2000標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法承受水壓最大值而發(fā)生意外，所以，謹(jǐn)記應(yīng)當(dāng)選擇JB-T10523-2005標(biāo)準(zhǔn)。

（3）根據(jù)不同類型的熱換器，應(yīng)當(dāng)選擇合適的折流板，比如臥式換熱器就應(yīng)該選擇弓形折流板，因?yàn)槠淙笨谖恢檬亲笥乙来螖[列，正符合其構(gòu)造。其余大多熱換器，就應(yīng)該選擇弓形折流板中缺口位置是上下依次排列的。

（4）對(duì)于以下兩種情況，管箱在其施焊后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理：a 管箱中運(yùn)用到低碳、低合金鋼制的分程隔板b管箱中側(cè)向開(kāi)孔超過(guò)1/3圓筒管內(nèi)徑。

（5）設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)選擇較小直徑的殼體，因?yàn)橹睆皆叫。茏拥呐帕袛?shù)也會(huì)減少，同時(shí)流體的流速會(huì)變大，因此影響傳熱系數(shù)提高，壓降變大，這樣成本也會(huì)隨著降低。

（6）設(shè)計(jì)文件中應(yīng)當(dāng)提出相應(yīng)的檢修意見(jiàn)，這樣可以延長(zhǎng)換熱器的有效使用期限，同時(shí)也提高其安全可靠性，不管改善的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)更高標(biāo)準(zhǔn)。

（7）總而言之，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)按照嚴(yán)格正確的要求計(jì)算各種參數(shù)，運(yùn)用精確的計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，時(shí)刻考慮到其誤差區(qū)域，重視過(guò)程中容易忽略的細(xì)節(jié)，提高工作效率，避免不必要的錯(cuò)誤產(chǎn)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

換熱器在生活中應(yīng)用廣泛，所以完善其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著積極作用，本文以管殼式換熱器為重點(diǎn)，設(shè)計(jì)者應(yīng)注重實(shí)現(xiàn)低成本，高效益的熱換器，主動(dòng)去了解使用者的要求，結(jié)合同行資料，并與相關(guān)人員積極探討，工作中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)細(xì)節(jié)，不斷改進(jìn)。最后希望設(shè)計(jì)者以此為鑒，反思自我，提高自身專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，不斷完善熱換器的功能，使其發(fā)揮最大的社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁玉龍，王娟.管殼式換熱器設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)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(shè)計(jì)要點(diǎn)綜述[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2015（06）.

作者簡(jiǎn)介：陳澤壟（1990-），男，江蘇江陰人，學(xué)士，助理工程師，主要研究方向： 換熱器設(shè)計(jì)。