换热器设计中的常见问题分析

摘 要：换热器是一种在物料间实现传递热量的节能设备，将热量通过高温流体传递给低温流体，从而使设备整体流体温度达标后应用于多种产业中。本文针对换热器在应用中常见的几个问题做出分析，并且相继提出改进措施，主要以管壳式换热器为例进行探讨。

关键词：管壳式换热器；设计；措施

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

0 引言

换热器用途广泛，实用价值强，已经在多种领域中形成产业链条，主要运用在石油、化工、能源及各种轻工业中。专家在设计换热器中会过度依赖计算机给予的计算结果，从而忽略了其过程，导致设计中出现错误，下面针对设计中常见的问题进行简要分析解决，保障其质量。

1 换热器的基本介绍

换热器有很多种类型，有管板式，浮头式和U形管式等，因其构造不同，其使用特点和发挥的作用也大不相同，其主要以常见的管壳式换热器为多，在生活应用中高达70%。在整体设计中既要考虑材质的结构和压力等问题，还要考虑到它的供热和清洗条件以及检修方面等多种问题。设计管壳式换热器时注重实现其低成本高效益的社会价值，在成本制造上具有多重优势，足够的选材范围，能够承受高温高压并且结构优化等。只有不断完善其结构设计才能保障其长期安稳运行。

2 换热器设计中的常见问题

（1）管、壳程试验压力的选取。首先，在管程设计中，设计者应当注意换热器管程设计压力与壳程设计压力的平衡，设计者不应在其压力值相差变大的情况下仍然照常进行。比如当管程试验压力大于壳程试验压力时，设计者应该提高壳程试验压力使之与管程试验压力相平衡，进行此项试验时，应该首先核对壳体的压力值必须低于所有材料在试验温度下90%的弯曲度，然后运用处于换热管和管板间的焊接接头重新进行检测。如果以上方法还是不能使压力差得到平衡，如果压力差略小时，应该考虑对壳程壁的厚度做出调整，适当增厚。

（2）分程隔板槽面积。计算管板时需要得知隔板槽的面积，大多设计者直接用计算机得出板槽面积，这会与规定度面积产生差异。并且，分程隔板槽面积不是简单地指隔板槽面积，而是在隔板结构中没有被热换管所支撑到的面积。

（3）管板计算中，管壳程平均温差的取值。进行管板设计时也会要求得出壳程金属的平均温度和换热管的平均温度，这两个重要数据会直接影响到计算结果。大多设计者会认识不到两者区别的重要性，通常会随意选取其中间值，其实这是错误的。会严重影响到计算结果。计算平均温差时应当根据该换热器的进出口温度进行计算，否则会影响管板温度。

（4）流体的进入方式。运用双城换热器进行冷却时，通常对冷凝后的溶媒进行进一步冷却，所以导致设计者忽视其流体流入方式的区别，它们认为先并流后逆流方式和先逆流后并流方式都属于逆流方式。实际上，流体进入方式大多是先并流后逆流。如下图中，当冷流体终温靠近热流体初温时，或许会超过热流体终温。由此，热用率高同时不会产生交叉；倘若运用先逆流后并流方式很容易产生温度交叉，容易出现反导热现象，因为冷流体的温度超过热流体终温时会影响平均温度降低，热利用率也会随之降低。这种情况发生的概率确实不大，但是一旦发生這种特别现象将严重影响传热进程，无法达到预期冷却效果，设计者应当时刻注意这个特别问题。

（5）U形管热换器中U形管的设计。众多热换器中只有U形管热换器具有适应高温、高压、高温差的特性。所以，对U形管的构造要求也比较高，尤其要重视U形管的支撑作用，对其弯管部分也要特殊设计，因为U形管弯曲后其外侧会变薄，但是得注意不能小于直管段壁厚值。此外，当U形管内物质流速变快或者有杂质时，应该及时加厚半径较少的管壁。当管内有严重腐蚀时，应该立即对U形管相关部分管道进行处理。

3 换热器设计中采取的措施

（1）当管程与壳程的压力差很大时，首先应该检测其各自的压力值是否合格，其次对壳程进行调节。如果还未达到平衡，并且压力值无法调整时，可以考虑适当加厚壳程壁的厚度。

（2）在换热器设计过程中对水压的测试建议选择JB-T10523-2005标准，因为可以承受超过设备水压的最大值，但是使用GB 6479-2000标准时就会因为无法承受水压最大值而发生意外，所以，谨记应当选择JB-T10523-2005标准。

（3）根据不同类型的热换器，应当选择合适的折流板，比如卧式换热器就应该选择弓形折流板，因为其缺口位置是左右依次摆列，正符合其构造。其余大多热换器，就应该选择弓形折流板中缺口位置是上下依次排列的。

（4）对于以下两种情况，管箱在其施焊后应当及时进行消除应力的热处理：a 管箱中运用到低碳、低合金钢制的分程隔板b管箱中侧向开孔超过1/3圆筒管内径。

（5）设计者应当选择较小直径的壳体，因为直径越小，管子的排列数也会减少，同时流体的流速会变大，因此影响传热系数提高，压降变大，这样成本也会随着降低。

（6）设计文件中应当提出相应的检修意见，这样可以延长换热器的有效使用期限，同时也提高其安全可靠性，不管改善的过程中，实现更高标准。

（7）总而言之，设计者在设计过程中应当按照严格正确的要求计算各种参数，运用精确的计算软件进行计算，时刻考虑到其误差区域，重视过程中容易忽略的细节，提高工作效率，避免不必要的错误产生。

4 结束语

换热器在生活中应用广泛，所以完善其设计质量对促进工业经济发展有着积极作用，本文以管壳式换热器为重点，设计者应注重实现低成本，高效益的热换器，主动去了解使用者的要求，结合同行资料，并与相关人员积极探讨，工作中严格按照标准要求，认真对待每一个细节，不断改进。最后希望设计者以此为鉴，反思自我，提高自身专业技能和职业素养，不断完善热换器的功能，使其发挥最大的社会价值。

参考文献：

[1]丁玉龙，王娟.管壳式换热器设计相关问题的分析研究[J].广东化工，2014（10）.

[2]黄伟昌，王玉.管壳式换热器设计要点综述[J].管道技术与设备，2015（06）.

作者简介：陈泽垄（1990-），男，江苏江阴人，学士，助理工程师，主要研究方向： 换热器设计。