佛山神威热交换器有限公司528000
摘要：换热器设计是能源工业发展中的重点，它以实际工业发展情况为基础，结合换热器设计技术，分析现阶段能源工作中换热器设计要点，从而为实际工业发展提供有效的依据。
关键词：换热器；设计；要点；工业
引言
在不同温度的流体将传递的热能设备就称为热交换器，简称为换热器。在换热器中之上存在两种不同温度的流体，一个流体温度过高，产生热量；另一个流体温度过低，吸收热量。随着我国工业的不断进步，实际能源利用、开发和节约工作的要求也在不断提升，因此对于换热器也提出了更高的要求。
换热器在化工设备中占有很重要的地位，其性能的好坏直接影响到能源利用效率。为此，换热器的设计在化工设备设计中占有很重要的一部分，本文把在设计工作中经常遇到的一些问题做了一下总结，希望给有需要的人一些启示和帮助。
1、换热管排列方式选择
设计人员应清楚如何根据具体条件，做好结构设计，以发挥换热器的最大作用。GB/T151-2014中给出了四种换热管排列形式（见图1），并指出了需要机械清洗时应采用正方形排列，三角形排列因为在同等面积内能布更多的换热管，在我们设计中比较常见，但是选择正三角形排列还是转角三角形排列在我们的设计中却经常被忽视，其实它们的传热效果是不同的，要根据具体的条件选择，具体分析一下：
（1）正三角形排列传热上称为错列，介质流动时形成湍流对传热有利，对无相变的换热器，因其传热与其介质流动状态关系较大，故宜用正三角排列。
（2）转角三角形排列，传热上称为直列，介质流动时有一部风是层流，对传热有不利影响。对有相变的冷凝器等，因其传热与介质流动的关系较小，却与管壁凝液流动方向关系较大，故凝液流动的方向上换热器数量是这类换热器换热管排列所应考虑的主要因素，故宜用转角三角形排列。
所以选择排列方式时不仅需要考虑清洗，还要考虑换热效率，根据壳程的介质性质选择最优的换热管布置方式。
2、设计方案
2.1明确换热器的类型
两种流体温度的变化情况：热流体进口温度为110℃，出口的温度为50℃；冷流体进口温度为25℃，出口温度为35℃，这一换热器需要应用循环冷却水冷却，冬季操作的过程中这一进口温度会不断降低，受到这一因素的影响，预计这一换热器的管壁温度和壳体之间的差距会越来越大，由此在初级阶段明确选用列管式换热器。
2.2管程安排
从两种物流的操作压力分析，需要应用甘油走管程，循环冷却水走壳程。但是因为循环冷却水过于容易结垢，如果其流动的速度过低，那么会提升污垢提升的速度，促使换热器的热流量下溅，因此需要从整体分析，要让循环水走管程，甘油走壳程。
3、设计参数
30%甘油的定性温度为：
T=110+502/2=80℃
密度为：
ρ0=1068.55kg/m3
定压比热容为：
Cp0=3.72kJ/kg•℃
热导率为：
λ0=0.543W/m•℃
黏度为：
μ0=0.690mPa•s
水的定性温度为：
T=25+352/2=30℃
密度为：
ρ0=995.68kg/m3
定压比热容为：
Cpi=4.178kJ/kg℃
热导率为：
λi=0.6173W/m•
黏度为：
μi=0.8022MPa•s
在计算传热面积需要先明确K数值，结合资料获取甘油与水之间传递K值为290～710，先取其为500进行计算。依据下述公式可得，传热面积为130.1m2。
Q=KAΔtm
4、工艺结构尺寸
其主要分为以下几点：第一，管径和管内流速。其选择圆直径为25×2.5较为优质的冷拔传热管，也就是20mm，取管内流动速度为2.0m/s。第二，管程数和传热管数。可以依据传热管内径和流动速度明确单程传热管数，依据单程管计算，可以明确需要的传热管长度。依据单程管设计，传热管过多，可以应用多管程结果。第三，传热管排列和分程方案。依据组合排列方案，也就是每程内依据正三角形进行划分，隔板两边都依据正方形进行划分。第四，壳体内径。其主要是依据多管程结构，结合管板应用率明确壳体内径。第五，折流板。其主要是依据弓形直流板，去弓形直流板圆缺高度为壳体内径的25%，以此明确切去的圆缺高度。
5、换热器的介质走向问题
合理设计换热器管程和壳程的介质能起到提高传热效率，节省贵重金属的作用，根据使用和设计经验总结以下几点：
（1）黏度高的介质走壳程，可获得较高的传热系数。
（2）腐蚀介质，高温介质，高压气体走管程，可少用不锈钢，合金钢，节约成本。
（3）易生污垢的介质走管程，可提高管内流速，减少污垢，便于清理。
6、换热器设计中的常见问题
6.1管板本身具有与筒体相连接的凸肩时忽视锻件选用
在换热器的设计过程中，设计者没有严格区分选用板材加工还是选用锻件加工。尤其是在管板本身具有与筒体相连接的凸肩时，必须选用锻件进行加工。但设计者却往往忽视这一点，而直接选用板材加工。
6.2壳程试验压力选取有误
在管程设计的过程中，设计者对管程压力以及壳程压力设计之间的关系没有进行很好地匹配，从而在管程压力与壳程压力相比要大的时候，壳程试验压力的选取仍然按照常规进行。
6.3换热管受压失稳当量长度不按标准计算
在设计者进行换热器的换热管受压失稳当量长度计算的时候，往往会选择一个估量的数值，只要该数字略大就认为没有问题了，并没有按照GB/T151-2014的规定进行计算，造成换热器的稳定性不可靠。
6.4换热管不标注精度
Ⅰ级和Ⅱ级换热器的主要差别体现在管束上。因此，在GB/T151-2014的规定中，将Ⅰ级和Ⅱ级换热器的管束定义为Ⅰ级和Ⅱ级管束。在换热器的设计中必须标注出管束的等级，用以说明换热器的自身等级。在实践中，有不少设计者会忽视这一规定。
6.5隔板槽面积取值有误
在设计初步方案后，需要运用计算机对管板进行计算。这时，需要计算隔板槽的面积。然而，很多设计者都是直接计算出隔板槽的集合面积，这与GB/T151-2014规定的面积不相符。
6.6平均温差取值不当
在使用计算机对管板进行计算时，还需要对壳程的平均温度进行描述。这个平均温度主要包括金属温度及换热管的温度。但是，由于设计者忽略了二者的区别，或者取值的时候随意取中间值，导致平均温差取值出现错误。
6.7卧式冷凝器折流板未正确布置
按照GB/T151-2014的规定，卧式冷凝器折流板应该进行左右布置，并且在折流板的最底处开通液口。但是，设计者往往将折流板进行上下布置，同时将液口也进行上下设置，这不利于冷凝液的流出。
6.8对换热器管箱的大接管或者分程隔板未严格
要求进行热处理对于换热器管箱上设有大接管或者分程隔板的，根据规定应该严格按照实际情况进行热处理，但设计者可能会完全忽略这一点。
7、结束语
总而言之，换热器是工业换热设备中重要的工作内容，换热器设计的优劣将直接影响其未来长时间的安全性和发展性。在实际发展中，结合以往操作过程中存在的问题和需求进行有效的分析，并且依据现阶段市场环境和设备特点，提出有效的设计形式，以此满足目前工业换热设备需求，达到工作内容的规定。
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