管殼式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

 管殼式換熱器是廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)設(shè)備,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有非常重要的作用,管殼式換熱器的效率問(wèn)題是設(shè)計(jì)工作的核心。③打開(kāi)進(jìn)汽閥和冷凝水閥門排凈管內(nèi)存水，然后關(guān)閉冷凝水閥門,大約5-6分鐘突然關(guān)閉進(jìn)汽閥門,打開(kāi)冷水閥1]和底部排污閥門,使換熱盤管突然冷卻,同時(shí)排掉脫落水垢,連續(xù)3~4次即可全部排凈，設(shè)備繼續(xù)投入運(yùn)行。本文利用優(yōu)化設(shè)計(jì)原理,建立了以管殼式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。分析了影響年總費(fèi)用的因素,編制了管殼式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序。后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例說(shuō)明優(yōu)化設(shè)計(jì)程序的使用。

　　　　熱交換器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門,尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。換熱器分類方式多樣,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類,其中間壁式換熱器用量,據(jù)統(tǒng)計(jì),這類換熱器占總用量的99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性,在長(zhǎng)期的操作過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),其設(shè)計(jì)資料比較齊全,在許多國(guó)家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于完成某一任務(wù)的換熱器,往往有多個(gè)選擇,如何確定的換熱器,是換熱器優(yōu)化的問(wèn)題,即采用優(yōu)化方法使設(shè)計(jì)的換熱器滿足的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。那樣，流體一次只根據(jù)一部分管路，因而在管束中往返流動(dòng)性數(shù)次，這被稱作多管全過(guò)程。在換熱器設(shè)計(jì)中,目標(biāo)函數(shù)是指包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用在內(nèi)的總費(fèi)用。本文主要針對(duì)管殼式水冷卻器冷卻水出口溫度的優(yōu)化問(wèn)題,利用一般優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理和方法,以操作費(fèi)用為優(yōu)化目標(biāo),給出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù),并用MATLAB語(yǔ)言編寫了計(jì)算程序,后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例。

1目標(biāo)函數(shù)

　　對(duì)于以水為冷卻介質(zhì)的管殼式冷卻器,進(jìn)口水溫一定時(shí),由傳熱學(xué)的基本原理分析可知,冷卻水的出口費(fèi)用將影響傳熱溫差,從而影響換熱器的傳熱面積和投資費(fèi)用。管殼式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)管殼式換熱器是廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)設(shè)備,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有非常重要的作用,管殼式換熱器的效率問(wèn)題是設(shè)計(jì)工作的核心。若冷卻水出口溫度較低,所需的傳熱面積可以較小,即換熱器的投資費(fèi)用減少;但此時(shí)的冷卻水的用量則較大,所需的操作費(fèi)用增加,所以存在使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和為的冷卻水出口溫度。

　　設(shè)換熱器的年固定費(fèi)用FA = KF.CA.A (1)式中FA———換熱器的年固定費(fèi)用,元;KF———換熱器的年折舊率, 1 /y;CA———換熱器單位傳熱面積的投資費(fèi)用,元/m2 ;A———換熱器的傳熱面積,m2。如果問(wèn)題盡可能快地暴露，一旦發(fā)生芯泄漏，甚至當(dāng)需要更換管束時(shí)，存在緩沖時(shí)間。換熱器的年操作費(fèi)用FB =Cu?WuHy/1000 (2)式中FB———換熱器的年操作費(fèi)用,元;Cu———單位質(zhì)量冷卻水費(fèi)用,元/噸;Wu———換熱器冷卻水用量, kg/h;Hy———換熱器每年運(yùn)行時(shí)間, h。因此換熱器的年總費(fèi)用即目標(biāo)函數(shù)F = FA FB = KFCAA Cu?WuHy/1000 (3)2A與Wu的數(shù)學(xué)模型———熱平衡方程換熱器的熱負(fù)荷為Q =GcPi ( T1 - T2 ) (4)式中Q———換熱器的熱負(fù)荷, kJ /h;G———換熱器熱介質(zhì)處理量, kg/h;cpi———熱流體介質(zhì)比熱容, kJ / ( kg?℃) ;T1、T2———熱流體的進(jìn)出口溫度,℃。

管殼式換熱器維修注意事項(xiàng)

1.管殼式換熱器的大修、集箱、大帽和小帽的拆卸一般需要一個(gè)框架(架子的三面需要設(shè)置一個(gè)護(hù)欄)，整個(gè)裝置的停產(chǎn)和大修一般在前完成。這主要是為了避免施工周期的影響，但不可能在時(shí)阻止運(yùn)行。

2.清理結(jié)束后，應(yīng)安排堆芯在著陸后及時(shí)清理，重新加載并及時(shí)加壓。如果問(wèn)題盡可能快地暴露，一旦發(fā)生芯泄漏，甚至當(dāng)需要更換管束時(shí)，存在緩沖時(shí)間。如果需要管道，則不會(huì)重新加載管道盒，無(wú)法安裝管道。

3.取芯機(jī)應(yīng)用于回芯組件。取芯時(shí)，應(yīng)切斷護(hù)欄，使巖心落地，并及時(shí)對(duì)護(hù)欄進(jìn)行臨時(shí)修復(fù)(堵住管道)，并盡快使巖心正式恢復(fù)。

4.車間應(yīng)在檢修前提供壓力表，一般要求達(dá)到工作壓力的1.5倍。對(duì)于通常的操作壓力相對(duì)較低，只要它不超過(guò)設(shè)備的額定壓力，我通常希望它們盡可能地大一點(diǎn)，現(xiàn)在建筑單元的水平太低。

5.壓力容器的內(nèi)外部檢驗(yàn)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行六年，對(duì)經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的各種缺陷進(jìn)行處理，并按照“壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督條例”的有關(guān)規(guī)定處理。

6.管殼式換熱器的部件應(yīng)根據(jù)圖紙的相關(guān)要求進(jìn)行檢查和維修。

7.對(duì)于管道末端的泄漏，如果它屬于膨脹管的連接形式，則應(yīng)再次進(jìn)行管道膨脹。如果它屬于焊接連接的形式，找出泄漏部位并研磨焊接。

8.包裝箱和管板填料的密封位置應(yīng)光滑，不得有軸向深槽。

9.管殼換熱器泄漏：如果管泄漏數(shù)小于管殼和管換熱器總泄漏數(shù)的10%，可采用堵管法進(jìn)行處理。如果泄漏管的數(shù)量占?xì)す軗Q熱器總數(shù)量的10%以上，則應(yīng)根據(jù)工藝條件進(jìn)行換管。