管壳式换热器热力计算软件开发及优化设计

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1、第38卷第4期华电技术V01．38No．42016年4月HuadianTechnologyApr．2016管壳式换热器热力计算软件开发及优化设计郑楠(华电漯河发电有限公司，河南漯河462300)摘要：为缩短换热器设计周期，提高设计质量，基于面向对象和模块化编程的思想，以MicrosoftVisuMBasic6．0为编程语言，MicmsoftVisuMFoxpro为底层数据库，结合Orion数据分析制图软件，经过优化设计开发了管壳式热交换器热力计算软件。利用优化设计原理，建立了以管壳式换热器年总费用最小为目标函数的优化设计模型，并结合具体工

2、程实例进行了优化设计，用于管壳式换热器设计效果良好。关键词：管壳式热交换器；程序设计；热力计算；优化设计；Origin软件中图分类号：TK172：TP311．52文献标志码：A文章编号：1674—1951(2016)04—0008一o4(3)由下列热平衡方程计算热流量及冷流体或0引言热流体的流量换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的Q=qmlcpl(t1一t2)=qp2(t3一t4)，(1)设备，以实现不同温度流体间的热能传递。换热器式中：Q为换热器的传热量，kJ／h；gg柁分别为热、是化工生产过程中实现热量交换和传递不可缺少的冷流体质

3、量流量，kg／h；Cpl’C：分别为热、冷流体介设备，其中管壳式换热器因其结构简单，耐高温、高质比热容，kJ／(kg·oC)；t，t为热流体的进、出口压等特点成为热交换设备的主流形式。随着节能技温度，℃；t，t为冷流体的进、出口温度，℃。术的飞速发展，换热器的种类越来越多，使得换热器(4)平均传热温差的计算。对于纯顺流或纯产品换代速度加快，对其设计制造提出了新的要求：逆流设计周期更短，结构形式多样。因此，如何快速、准At=(1一△t2)／ln(At1／At2)，(2)确地掌握其设计原理，并设计热交换器就显得至关式中：At为平均传热温差，o

4、C；At。，At分别为换热重要¨。器两端流体温差，℃。热力计算是热交换器设计的基础，但换热器设在其他流动的换热器中计复杂、繁琐，需要进行多次计算与调整才能得到令At=OAt，(3)人满意的结果，因此，开发相应的设计辅助计算软件式中：为按纯逆流计算的热交换器的平均温显得非常必要。本文用VisuMBasic6．0语言开发差，℃；为温差修正系数，一般要求大于0．8。管壳式换热器设计，使设计过程更加简化，缩短了设(5)初选传热系数，计算出传热面积。根据计周期，提高了设计质量。不仅节省了计算时间，而热平衡方程得到的换热量，初算平均温差和选取的且提高

5、了设计精度，使更快、更合理地设计、改造换传热系数，由传热方程可初步确定热交换器的传热热器成为可能。面积1管壳式换热器设计方法A=。㈩对于管壳式换热器，设计思路是通过初估传热(6)选择壳体和管材。面积，从而计算出热交换器各部分的工艺尺寸结构，(7)确定流动方式，选定流体的流动空间。(8)计算换热器的工艺结构尺寸，主要包括：选然后通过进一步的热力计算获得传热系数和实际所需传热面积，在满足面积裕度的情况下，进行压降取换热管尺寸和管程流体的流速；确定管程数、管长、总管数；确定壳程数；确定折流板的数目、间距、(阻力)校核，其基本步骤如下。(1)根据

6、设计要求搜集相关原始资料，选择换尺寸；确定管子排列方式、管间距、壳体内径和连接管直径等；选择其他附件。热器的类型及流程等。(9)校核传热面积。根据管、壳程对流换热系(2)确定定性温度，查取物性参数。数及污垢热阻、管壁热阻等，按式(5)计算总传热系收稿日期：2015—11—25；修回日期：2016—04—15数及传热面积A。第4期郑楠：管壳式换热器热力计算软件开发及优化设计·11·==+c。(8)=F=(。(18)3．2约束条件根据不同的冷流体的质量流量，可求得相应冷换热器的热负荷为流体流速：，进而求得运行费用与不同的冷流体流Q=qmlc。

7、1(t1一t2)，(9)速“的关系曲线式中：Q为换热器的热负荷，kJ／h；q为热流体质量z=(：)。(19)流量，kg／h；c。为热流体介质比热容，kJ／(kg·oC)；将2条曲线绘于同一图上，叠加可得—曲t，t：为热流体的进、出口温度，c【=。线，该曲线的最低点对应的流速即为最佳流速。当换热器操作采用逆流换热时，由换热器工艺3．3工程实例设计计算传热方程和热平衡方程的数学模型得某石化公司要求设计1台管壳式水冷却器(采Q=qmlcp1(tl—t2)=qm2。p2(t3一t4)=用逆流操作)，使该冷却器的年度总费用最小。已KAAt，(10)

8、知数据如下：冷却器单位面积的投资费用C=8000式中：g为冷流体质量流量，kg／h；CD2为冷流体介m，冷却器年折旧率Z=15％，冷却器每年运行质比热容，kJ／(kg·oC)；t3，t为冷流体