管壳式换热器设计时,选择何种流体走管程,何种流体走壳程,应考虑哪些原则?
管壳式换热器设计时,选择何种流体走管程,何种流体走壳程,应考虑哪些原则?
题目解答
答案
分析总结:
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不洁净/易结垢流体:走管程(便于清洗)。
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腐蚀性流体:走管程(避免壳体腐蚀,便于检修)。
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高压流体:走管程(节省壳体材料)。
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被冷却流体:走壳程(利用壳体散热)。
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饱和蒸汽:走壳程(便于冷凝液排除)。
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有毒/易污染流体:走管程(减少泄漏风险)。
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低流量/高粘度流体:走壳程(壳程折流板增强湍流)。
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传热系数优化:选择使两侧传热系数接近的方案。
解析
本题考查管壳式换热器设计中流体走管程和壳程的选择原则相关知识。解题思路是从不同流体的特性以及换热器的结构和功能特点出发,分析每种特性下流体走管程或壳程的优势,从而确定选择原则。
1. 不洁净/易结垢流体
不洁净或易结垢的流体如果走壳程,污垢会沉积在壳程的折流板等部件上,难以进行清洗。而走管程时,由于管子内部结构相对简单,便于对管子进行机械清洗等操作,所以不洁净/易结垢流体应走管程。
2. 腐蚀性流体
腐蚀性流体走管程,当管子被腐蚀时,只需要更换管子即可,避免了对整个壳体的腐蚀。而且更换管子相对检修壳体来说更加方便,所以腐蚀性流体走管程。
3. 高压流体
高压流体走管程,因为管子的直径相对较小,在承受相同压力时,管子所需的壁厚相对壳体来说可以更薄,这样就能节省壳体材料,降低成本,所以高压流体走管程。
4. 被冷却流体
壳程与外界空气的接触面积较大,散热效果好。被冷却流体走壳程时,能够更好地利用壳体与外界的热交换来实现冷却,所以被冷却流体走壳程。
5. 饱和蒸汽
饱和蒸汽走壳程,在冷凝过程中产生的冷凝液可以在壳程中依靠重力顺利地排除,而如果走管程,冷凝液的排除会相对困难,所以饱和蒸汽走壳程。
6. 有毒/易污染流体
管程的密封性相对壳程更好,有毒或易污染流体走管程可以减少流体泄漏到外界环境中的风险,降低对环境和人员的危害,所以有毒/易污染流体走管程。
7. 低流量/高粘度流体
低流量或高粘度的流体在管程中流动时,流速较低,容易形成层流,不利于传热。而壳程中的折流板可以改变流体的流动方向,增强流体的湍流程度,提高传热效率,所以低流量/高粘度流体走壳程。
8. 传热系数优化
为了提高换热器的传热效率,应选择使两侧传热系数接近的方案。因为根据传热学原理,总传热系数与两侧流体的传热系数相关,当两侧传热系数接近时,总传热系数能达到较好的水平,从而提高换热器的性能。