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 的方法虽然简单，但往往会因具体条件不完全符合所设计的情况，而影响到设计的可靠性。所以，还必须对传热过程进行理论上的分析，以了解各种因素对传热过程的影响，从而建立起计算总传热系数K的定量式。这样可将理论计算值与生产过程的经验值或现场测定值互相核对、互相补充，最后得出一个比较符合客观实际的K值，以用来进行生产设备的设计。
6·换热器折流板的选择
大家都知道在管壳式换热器壳程中加装合理数量的折流板，可使流速、流程加大，扰动加强。当Re≥100即可达到湍流状态，达到强化传热的目的。同时折流板也起到支撑管束，防止振动及弯曲的作用，折流板的形式很多，其中弓形最为普遍。折流板虽然是换热器中一个很小的零部件，但是使用不当，将造成意想不到的后果。
一般来说弓形折流板的圆缺口的大小和板间距大小是影响传热效果和压降的两个重要因素，实际上对圆缺口的位置选择也是一个不可忽视的问题。对卧式换热器作冷凝器时，宜选择缺口左右排列的弓形折流板，而用一般换热器则可选择缺口上下排列的弓形折流板。
7·管壳直径
壳径越小，排列管子数越少，流体流速越大，传热系数越高，压降越大。但制造费用也越低，所以在设计中尽量选用小的直径的壳体。
8·同样设计者在设计工作中应充分考虑换热器的设计参数、标准要求。重视标准中的细节,避免因忽视个别看似不重要的问题而导致设备试验和使用的不可靠性。
以上问题是我在指导学生毕业设计中经常遇到的问题，愿与读者探讨。
参考文献
[1]毛希澜.换热器设计[M].北京：上海科学技术出版社，1988，4.
[2]郑津洋.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社，2009，1.
[3]崔鹏.化工原理[M].合肥：合肥工业大学出版社，2003，7.
