关于换热器毕业设计中常见问题探讨

 摘要：针对换热器设计过程中遇到的一些问题，进行了分析并提出了解决方案。关键词：换热器；毕业设计；问题；解决方法换热器在化工设备中占有重要的地位，广泛地应用于化工、制药、轻工等行业，其中管壳式换热器因其制造容易、生产成本低、选材范围广，清洗方便、适应性强，处理量大、工作可靠，且适应高温高压等一系列优点，因而在化工、能源等行业有着广泛的应用并处于主导地位。为此，换热器的设计在化工设备中占有非常重要的地位。其性能的好坏直接影响到能源利用效率。通过本人对过程控制专业的毕业设计指导，总结了学生在换热器设计中经常遇到的一些问题做了归纳总结，希望能给学生一些帮助。
    1·换热器设计中流体出口温度的选择
    在毕业设计中大部分学生不知怎么选取出口温度。大家都知道在换热器的设计中，被处理的物料的进、出口温度是根据工艺要求规定的，加热剂或冷却剂的进口温度，一般由来源而定，则它的出口温度则需由设计者选定。而这个出口温度的高低将影响到加热剂和冷却剂的用量以及换热器传热面积的大小。
    1.1在传热过程中，若热流体是工艺流体，流体的出口温度的大小，从操作费用与设备费用两个方面影响到传热过程的经济效果，应选择适宜的流体温度使两种费用之比最小。根据生产经验，取两流体的最小热溶量之比的1.1~2.0倍时对应的出口温度是最经济的。经计算可求出温度：t2=t1+(T1-T2)/1.1~2.0。按此式选择冷却剂的出口温度是符合经济合理要求的。式中T1、T2是热流体的进、出口温度，由工艺条件规定。t1是冷却剂的进口温度也是确定的、t2是冷却剂的出口温度。
    1.2若冷流体是工艺流体，即t1、t2是已知的。T1是确定。那么热流体的适宜温度又怎么确定呢？与选择冷却剂出口温度一样，亦存在有最小的热、冷流量的热容量流率之比。与冷流体出口方法一样取取两流体的最小热溶量之比的1.1~2.0倍即可求出温T2：T2=T1-(T1-t1)/1.1~2.0。
    2·管程数
    管程数对压降和传热系数有很大的影响，为了提高传热系数，在压降允许的范围内(管程压降△pt＜△p允许)应尽量选用大的管程数。
    3·换热管排列方式的选择
    选择换热管排列方式不仅需要考虑换热效率，还考虑是否容易清洗，根据介质性质选择最优的换热管布置方式。三角形排列因为在同等面积内布管最多，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设计中却常被忽略。
    一般来说正三角形排列，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，故宜用正三角形排列。转角三角形排列，介质流动时有一部分是层流，对传热不利。对有相变的冷凝器，因其传热与介质流动的关系较小，与管壁凝液流动方向关系较大，是考虑的主要因素，故宜用转角三角形排列。
    4·平均温度问题
    如果工艺没有给出,很多人都用算数平均数.如果不是精确计算可以用对数平均数计算有效平均温差再计算。在工程中的换热器由于物性变化通常不大，反映到传热系数的变化上就更小了。因此，一般工程设计中可把各部分的传热系数视为常量来计算。若传热系数变化较大，计算误差也较大，这时可采用分段的方法来计算，把每段的传热系数视为常量，分别计算各段的平均温差和传热量。
    5·总传热系数
    在传热基本方程式Q=KAΔtm中，传热量Q是生产任务所规定的，温度差Δtm之值由冷、热流体进、出换热器的始、终温度决定，也是由工艺要求给出的条件，则传热面积A之值与总传热系数K值密切相关，因此，如何合理地确定K值，是设计换热器中的一个重要问题。
    目前，总传热系数K值有三个来源：一是选取经验值，即目前生产设备中所用的经过实践证实并总结出来的生产实践数据；二是实验测定K值；三是计算。而在设计中往往参照在工艺条件相仿、类似设备上所得较为成熟的生产数据作为设计依据。
    前述确定K值