管壳式冷却器优化设计方法
1提高传热效率
管壳式冷却器是问壁传热式冷却器，冷热流体通过冷却器板片传热，流体与板片直接接触，传热方式为热传导和对流传热。提高管壳式冷却器传热效率的关键是提高传热系数和对数平均温差。
① 提高冷却器传热系数只有同时提高板片冷热两侧的表面传热系数，减小污垢层热阻，选用热导率高的板片，减小板片的厚度，才能有效提高冷却器的传热系数。
a．提高板片的表面传热系数
由于管壳式冷却器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流 (雷诺数一 150时 )，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，波纹断面形状为三角形 (正弦形表面传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难？ )的人字形板片具有较高的表面传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，表面传热系数越大。
b．减小污垢层热阻
减小冷却器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为 1 mm时，传热系数降低约 10%。因此，必须注意监测冷却器冷热两侧的水质，防止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。有些供热单位为防止盗水及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意水质和黏 *剂引起杂物沾污冷却器板片。如果水中有黏性杂物，应采用专用过滤器进行处理。选用药剂时，宜选择无黏性的药剂。
c．选用热导率高的板片
板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、铜合金等。不锈钢的导热性能好，热导率约14．4 W/(m?K) ，强度高，冲压性能好，不易被氧化，价格比钛合金和铜合金低，供热工程中使用最多，但其耐氯离子腐蚀的能力差。

d．减小板片厚度
板片的设计厚度与其耐腐蚀性能无关，与冷却器的承压能力有关。板片加厚，能提高冷却器的承压能力。采用人字形板片组合时，相邻板片互相倒置，波纹相互接触，形成了密度大、分布均匀的支点，板片角孑 L及边缘密封结构已逐步完善，使冷却器具有很好的承压能力。国产可拆式管壳式冷却器最大承压能力已达到了 2.5 MPa。板片厚度对传热系数影响很大，厚度减小 0.1mm，对称型管壳式冷却器的总传热系数约增加 600W/(m ?K)，非对称型约增加 500 W/(m ?K) 。在满足冷却器承压能力的前提下，应尽量选用较小的板片厚度。
② 提高对数平均温差
管壳式冷却器流型有逆流、顺流和混合流型 (既有逆流又有顺流 )。在相同工况下，逆流时对数平均温差最大，顺流时最小，混合流型介于二者之问。提高冷却器对数平均温差的方法为尽可能采用逆流或接近逆流的混合流型，尽可能提高热侧流体的温度，降低冷侧流体的温度。
③ 进出口管位置的确定
对于单流程布置的管壳式冷却器，为检修方便，流体进出口管应尽可能布置在冷却器固定端板一侧。介质的温差越大，流体的自然对流越强，形成的滞留带的影响越明显，因此介质进出口位置应按热流体上进下出，冷流体下进上出布置，以减小滞留带的影响，提高传热效率。
2.2降低冷却器阻力的方法
提高板问流道内介质的平均流速，可提高传热系数，减小冷却器面积。但提高流速，将加大冷却器的阻力，提高循环泵的耗电量和设备造价。循环泵的功耗与介质流速的 3次方成正比，通过提高流速获得稍高的传热系数不经济。当冷热介质流量比较大时，可采用以下方法降低冷却器的阻力，并保证有较高的传热系数。
① 采用热混合板
热混合板的板片两面波纹几何结构相同，板片按人字形波纹的夹角分为硬板 (H)和软板 (L)，夹角 (一般为 120。左右 )大于 90。为硬板，夹角 (一般为 70。左右 )小于 90。为软板。热混合板硬板的表面传热系数高，流体阻力大，软板则相反。硬板和软板进行组合，可组成高 (HH)、中 (HL)、低 (LL)3种特性的流道，满足不同工况的需求。
冷热介质流量比较大时，采用热混合板比采用对称型单流程的冷却器可减少板片面积。热混合板冷热两侧的角孔直径通常相等，冷热介质流量比过大时，冷介质一侧的角孑 L压力损失很大。另外，热混合板设计技术难以实现精确匹配，往往导致节省板片面积有限。因此，冷热介质流量比过大时不宜采用热混合板。
② 采用非对称型管壳式冷却器
对称型管壳式冷却器由板片两面波纹几何结构相同的板片组成，形成冷热流道流通截面积相等的管壳式冷却器。非对称型 (不等截面积型 )管壳式冷却器根据冷热流体的传热特性和压力降要求，改变板片两面波形几何结构，形成冷热流道流通截面积不等的管壳式冷却器，宽流道一侧的角孑 L直径较大。非对称型管壳式冷却器的传热系数下降微小，且压力降大幅减小。冷热介质流量比较大时，采用非对称型单流程比采用对称型单流程的冷却器可减少板片面积 15% 一 3O% 。
③ 采用多流程组合
当冷热介质流量较大时，可以采用多流程组合布置，小流量一侧采用较多的流程，以提高流速，获得较高的传热系数。大流量一侧采用较少的流程，以降低冷却器阻力。多流程组合出现混合流型，平均传热温差稍低。采用多流程组合的管壳式冷却器的固定端板和活动端板均有接管，检修时工作量大。
④ 设冷却器旁通管
当冷热介质流量比较大时，可在大流量一侧冷却器进出口之问设旁通管，减少进入冷却器流量，降低阻力。为便于调节，在旁通管上应安装调节阀。该方式应采用逆流布置，使冷介质出冷却器的温度较高，保证冷却器出口合流后的冷介质温度能达到设计要求。设冷却器旁通管可保证冷却器有较高的传热系数，降低冷却器阻力，但调节略繁。
⑤ 管壳式冷却器形式的选择
冷却器板间流道内介质平均流速以 0．3～ 0．6m／ s为宜，阻力以不大于100 kPa为宜。根据不同冷热介质流量比，可参照表 1选用不同形式的管壳式冷却器，表中非对称型管壳式冷却器流道截面积比为 2。采用对称型或非对称型、单流程或多流程管壳式冷却器，均可设置冷却器旁通管，但应经详细的热力计算。

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