一种壳管式换热器及其优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业循环水系统领域的换热器，特别涉及到一种壳管式换热器及其优化方法
【背景技术】
[0002]管壳式换热器被广泛应用于石油、化工、动力等领域。由于世界性的能源危机，为了节能降耗，工业上对换热器的需求越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。随着现代工业技术的不断发展，新工艺、新技术的广泛使用必然带来高性能、高参数换热器的需求。而壳管式换热器作为工业循环水系统中最常用的用水设备，壳管式换热器的优化也会对降低工业循环水系统的能耗起着积极的意义。而现有的壳管式换热器常出现因换热管壁结垢导致传热系统下降及壳管式换热器设计余量白白浪费的现象，
【发明内容】
[0003]本发明的是提供一种壳管式换热器及其优化方法，达到防止换热器管壁结垢及充分利用壳管式换热器设计余量的效果，对降低工业循环水系统的能耗起着积极的意义。
[0004]为了达到以上目的，本发明提供一种壳管式换热器，包括壳体、换热管和进、出水管道，所述的进水管道上安装有控制系统和温度传感器，所述的出水管道上依次安装有流量计、控制系统、温度传感器和电动阀门，所述的换热管内有一根相当于换热管内径的螺旋纽带，所述螺旋纽带的厚度为I?2_。
[0005]上述的壳管式换热器在换热管中插入螺旋纽带可以使冷却水处于紊流状态，强化换热的同时，避免了盐类沉淀物滞留结晶，可防止水垢的形成，防止换热器管壁结垢。
[0006]为了充分利用壳管式换热器设计余量，本发明还提供了一种针对上述壳管式换热器的优化方法。包括壳管式换热器各部件数据的采集、数据分析与设备优化，通过各部件数据的采集和数据分析确定壳管式换热器实际运行中的流量。
[0007]进一步的，所述的对各部件数据的采集包括采集进水温度Tl、出水温度T2、换热器设计的出水温度T3、当地全年最大湿球温度T4、流量计中的流量Q以及设计换热量K1。对于Tl、T2、T3和T4的数据采集通过安装在壳管式换热器进出水管道上的温度传感器监测，流量Q由出水管道上的流量计所监测。
[0008]进一步的，根据GB151-1999壳管式换热器国家标准，壳管式换热器在设计的时候换热面积一般会留有10%?15%的余量。在换热器管壁没有结垢、水的污垢系数不变的前提下，换热器运行在设计水量时，出水温度T2往往低于设计的出水温度T3。并且，在换热器设计时，进水温度是根据当地全年最大湿球温度T4进行设计的，实际运行时，进水温度Tl往往低于当地全年最大湿球温度。故换热器实际运行进出水温差往往小于设计的进出水温差，属于过流量运行，大大增加了循环水系统中水泵的能耗。所以有必要对壳管式换热器在具体运行中的实际情况进行调整，确定壳管式换热器在实际运行中的流量的步骤如下:
[0009]首先，比较出水温度T2和换热器设计的出水温度T3，如T2 < T3，控制系统每过5分钟反馈信号给电动阀，减小1°阀门开度，持续调节至T2彡T3，如T2彡T3，则暂不调节阀门开度；
[0010]其次，计算实际换热量K2 = QX P水的密度X (T2-T1) Xe水的比热容，与设计换热量Kl进行对比，如K2 > 1.05K1，控制系统每过5分钟反馈信号给电动阀，减小1°阀门开度，持续调节至Kl < K2 ^ 1.05K1,如K2 ^ 1.05K1时，则无需调整。
[0011]式中P水的密度为1000kg/m3。
[0012]经过本发明优化后的壳管式换热器，有效改善了壳管式换热器设计余量对循环水系统能耗的浪费。
【附图说明】
[0013]图1为本发明壳管式换热器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0015]如图1所示，本发明提供一种壳管式换热器，包括壳体1、换热管3和进、出水管道
4、5，所述的进水管道4上安装有控制系统9和温度传感器7，所述的出水管道5上依次安装有流量计8、控制系统9、温度传感器7和电动阀门6，所述的换热管2内有一根相当于换热管内径的螺旋纽带3，所述螺旋纽带的厚度为I?2_。
[0016]实施例:某焦化厂使用的冷冻机组冷凝器为壳管式换热器，设计管程冷却水的进水温度为35°C，设计出水温度T3为40°C，设计流量为501/s。壳程为冷媒R22，设计冷凝温度为65°C。壳管式设计换热量设计换热量Kl为1050kW。实际运行时，由于阀门全开，实际供水量为1101/s，进水温度为30°C，出水温度为32.8°C，实际换热量接近1300kW。检修时发现换热器结垢严重，酸洗后进水温度Tl为30°C，出水温度T2为33.4°C，实际换热量达到1570kW，直接导致整个制冷机组冷凝压力下降，冷凝温度降低，影响了工艺侧的正常生产。通过本技术改造，在换热管3内插入螺旋纽带2。在进出水管4上安装温度传感器7，接入PLC控制系统9 ;在出水管上5安装电动阀门6，接入PLC控制系统9。温度传感器7将温度传入PLC控制系统9，控制系统导出4-20mA电流信号控制电动阀门做出相应调整。根据T2 < T3(33.4°C<40°C )，控制系统每过5分钟反馈信号给电动阀门，减小1°阀门开度，持续调节至换热器出水温度T2 = 40°C。此时阀门开度为35°，流量计8测得实际流量Q为381/s。将流量计8接入PLC控制系统9。根据实际换热量K2 = Q流量X P水的密度X (T2-T1) Xe水的比热容，与设计换热量Kl进行对比。此时，实际换热量K2为1596kW，远大于设计Kl的1050kW。根据K2 > 1.05K1，控制系统每过5分钟反馈信号给电动阀门，减小1°阀门开度，持续调节至Kl < K2彡1.05K1.此时阀门开度为27°，此时，实际出水温度T2 = 41.9°C，实际流量Q为221/s，实际换热量为1098kW。冷冻机组的冷凝压力温度稳定在65°C，生产正常。通过该优化方式，该换热器在正常使用时，清洗频率由原来的I月/次，降低为6月/次，换热器用水量由原来的1101/s降低为221/s?251/s。大大改善了换热器的结垢现象，降低了换热器的用水量。
【主权项】
1.一种壳管式换热器，其特征在于:包括壳体、换热管和进、出水管道，所述的进水管道上安装有控制系统和温度传感器，所述的出水管道上依次安装有流量计、控制系统、温度传感器和电动阀门，所述的换热管内有一根相当于换热管内径的螺旋纽带，所述螺旋纽带的厚度为I?2mm。2.一种壳管式换热器的优化方法，包括壳管式换热器各部件数据的采集、数据分析与设备优化，其特征在于，通过各部件数据的采集和数据分析确定壳管式换热器实际运行中的流量。3.根据权利要求2所述的壳管式换热器的优化方法，其特征在于，所述的对各部件数据的采集包括采集进水温度Tl、出水温度T2、换热器设计的出水温度T3、当地全年最大湿球温度T4、流量计中的流量Q以及设计换热量Kl。4.根据权利要求2所述的壳管式换热器的优化方法，其特征在于，确定壳管式换热器实际运行中的流量的步骤如下: 首先，比较出水温度T2和换热器设计的出水温度T3，如T2 < T3，控制系统每过5分钟反馈信号给电动阀，减小1°阀门开度，持续调节至T2彡T3，如T2彡T3，则暂不调节阀门开度； 其次，计算实际换热量K2 = QX P水的密度X (T2-T1) X c水的比热容，与设计换热量Kl进行对比，如K2 > 1.05K1，控制系统每过5分钟反馈信号给电动阀，减小1°阀门开度，持续调节至Kl < K2 ^ 1.05K1，如K2 ( 1.05K1时，则无需调整。
【专利摘要】本发明涉及一种壳管式换热器及其优化方法，包括壳体、换热管和进、出水管道，所述的进水管道上安装有控制系统和温度传感器，所述的出水管道上依次安装有流量计、控制系统、温度传感器和电动阀门，所述的换热管内有一根相当于换热管内径的螺旋纽带，所述螺旋纽带的厚度为1～2mm。经过本发明优化后的壳管式换热器，有效改善了壳管式换热器设计余量对循环水系统能耗的浪费。
【IPC分类】F28D7/00, F28F27/00
【公开号】CN105091629
【申请号】CN201410192397
【发明人】杨宝良
【申请人】杭州安耐杰科技有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月5日