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换热机组设备应满足的基本要求
发布时间:2012/7/10
  换热机组是化工、炼油、原子能以及其它许多工业部门中广泛应用的一种通用工艺设备。是石油,化工生产中重要的化工设备之一,它在石油,化工建厂总投资中约占20%,在全厂化工设备重量中约占40%其它如动力,原子能、冶金、食品、交通、家电等工业部门也有着广泛的应用。 

  一、换热机组应满足的基本要求:

  根据工艺过程或热量回收用途的不同,换热设备可以是加热器,冷却器,蒸发器,再沸器,余热锅炉,等,应而设备的种类,型式很多。完善的换热机组在设计或选型时应满足以上各项基本基本要求。

  1.合理地实现所规定的工艺条件:

  传热量、流体的热力学参数(温度、压力、流量、相态等)与物理化学性质(密度、粘度、腐蚀性等)是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算,经过反复比较,使所设计的换热机组具有尽可能小的传热面积,在单位时间内传递尽可能多的热量。为此,具体的做法可以是:

  (1)增大传递系数:

  在综合考虑了流体阻力与不发生流体诱发振动的前提下,尽量选择高的流速。

  (2)增大平均温度差:

  对于无相变的流体,尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可增大平均温度差,还有助于减少结构中的温度应力。在条件容许时,可提高热流体的进口温度成降低冷流体的进口温度。

  (3)妥善布置传热面:

  例如在管壳式换热器中,采用合适的管间距或排列方式,不仅可加大单位时间内安置的传热面积,还可改善流动特征。错列管束的传热比并列管束的好。如果换热设备中的一侧流体有相变,另一侧流体为气相,可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积,则有利于热量的传递。

  2.安全可靠

  换热器(设备)也是压力容器,再进行强度、刚度、温度应力以及疲劳寿命计算时,应该遵照相关的规定:GB150--98GB151—99:《钢制管壳式换热器》。这对保证设备的安全可靠起着很大的作用。

  材料的选择是一个很重要的环节,不仅要了解材料的机械性能和物理性能和屈服极限、最小强度极限、弹性模量、延伸率、线膨胀系数,导热系数等,还应了解其在特殊环境中的耐电化学腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀的性能。受压的与非受压的部分、焊接的与非焊接的部分、设备的支承部分,在材料选择上应予以不同对待。

  3.有利于安装、操作与维修

  直立设备的安装费往往低于水平的或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆,在厂房中移动时不会受到楼梯、梁、柱等的妨碍。根据需要可添置气、液排放口,检查孔与敷设保温层。对于一台高效的换热设备,如果操作上出现一些波动,很可能难以控制操作,以致引起快速的结垢或部件的实效。故在设计时便应提出相应的对策,决不能让换热设备在操作时出现的问题转嫁到下一个工序。对易结垢的换热设备,如在流体中加入净化剂,便可不必停工清洗。否则就应采取快速清洗的办法以缩短停工的时间。有时也可以将换热设备分作两个部分,当一部分在清洗时,另一部分仍维持正常的运行。操作场地应留有足够的空间以便换热设备在报废之前可以将其内件抽出在现场进行焊接、堵漏与修理。

  4.经济合理

  评定换热器最终的指标是:在一定时间内(通常为一年)固定费用(设备的购买费、安装费等)与操作费(动力费、清洗费、维修费等)的总和为最小。当设计或选型时,如果有几种换热器都能完成生产任务的需要,这一指标压为重要。

  动力消耗费与流速的平方成正比,而流速的提高又有助于传热,因此存在一最适宜的流速。

  传热面上垢层的产生与增厚,使传热系数不断降低,传热量随之而减少,故有必要停止操作进行清洗。在清洗时不仅无法传递热量,还要支付清洗费,这部分费用必须从清洗后传热条件的改善得到补偿。因此还存在一最适宜的运行周期。

  严格的讲,如果孤立的仅从换热设备本身来进行经济核算以确定最适宜的操作条件与最适宜的尺寸是不够全面的,最好是已整个系统全部设备为对象进行经济核算或设备的优化。但要解决这样的问题难度很大。当影响换热设备的各项因素改变后对整个系统的效益关系不大时,按照上述观点单独的对换热设备进行经济核算仍然是可行的。