1.5　傳熱設(shè)備設(shè)計(jì)的一般考慮

（1）傳熱設(shè)備設(shè)計(jì)的基本要求

設(shè)計(jì)傳熱設(shè)備時(shí)，最基本的要求是：

①熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。在一定的熱負(fù)荷下，也即每小時(shí)要求傳遞熱量一定時(shí)，傳熱效率（通常用傳熱系數(shù)表示）越高，需要的傳熱面積越小。當(dāng)然是指在相同的傳熱溫度差下作比較。

②換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，嚴(yán)密不漏，清洗、檢修方便，流體阻力小。

③要求價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長(zhǎng)。

在現(xiàn)代過(guò)程工業(yè)中所使用的換熱設(shè)備往往需要頻繁的清洗和檢修，停車(chē)的時(shí)間多，造成的經(jīng)濟(jì)損失有時(shí)會(huì)比換熱器的價(jià)格更大，因此，如果換熱器能夠設(shè)計(jì)得合理，可以保證連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)能減少功率消耗，則換熱器本身價(jià)格雖然略高一些，但總的經(jīng)濟(jì)核算也可能是有利的。

（2）終端溫差

傳熱設(shè)備的終端溫差通常是由工藝過(guò)程的需要而決定的。當(dāng)換熱的最終溫度可以選擇時(shí)，其數(shù)值對(duì)換熱器是否經(jīng)濟(jì)合理有很大的影響。因?yàn)樗P(guān)系到傳熱設(shè)備的傳熱效率，所以選擇時(shí)應(yīng)多方面考慮。適當(dāng)?shù)膿Q熱器終端溫差一般可參考下列推薦的范圍。

①熱端的溫差應(yīng)該在20℃以上；

②用水或其他冷卻介質(zhì)冷卻時(shí)，冷端溫差可以小一些，但一般不低于5℃；

③當(dāng)冷卻或冷凝工藝流體時(shí)，冷卻劑的進(jìn)口溫度應(yīng)該比流體中最高結(jié)冰組分的冰點(diǎn)要高5℃以上，以免在傳熱壁面上結(jié)冰；

④空冷器的最小溫差不小于20℃；

⑤對(duì)含有惰性組分的流體冷凝時(shí)，冷卻劑的出口溫度至少要比冷凝組分的露點(diǎn)溫度低5℃。

（3）流速

提高流速以增加流體的湍流程度，可以提高傳熱效率，同時(shí)也可以減輕污垢沉積，從而延長(zhǎng)使用的周期。但流速過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致傳熱設(shè)備的磨蝕和產(chǎn)生振動(dòng)，影響使用壽命；此外，功耗也將隨流速增大而增加，在能量消耗上是不利的。

（4）壓力降

換熱器壓力降的大小關(guān)系到換熱器面積和操作費(fèi)用的多少。

（5）傳熱總系數(shù)

傳熱面兩側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)如果差別很大時(shí)，則較小一側(cè)成為控制傳熱的主要方面。設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，應(yīng)盡量增大較小一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)，最好使兩側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)值大體相當(dāng)，這樣比較有利。

增加對(duì)流傳熱系數(shù)的方法有以下幾個(gè)。

縮小通路截面積，以增大流速；在通路內(nèi)增設(shè)擋板或促進(jìn)湍流的插入物，以提高湍流程度；在管壁上加翅片，不僅為了提高湍流程度，同時(shí)也增加了傳熱面積；用強(qiáng)化傳熱表面，如各種形狀的溝槽表面，或是有多孔性的表面，這對(duì)于冷凝、沸騰等有相變化的傳熱過(guò)程而言，可以獲得相當(dāng)大的對(duì)流傳熱系數(shù)。

（6）污垢系數(shù)

換熱器在使用期間，在壁面生成污垢，這是經(jīng)常遇到的實(shí)際問(wèn)題。結(jié)垢速度和工作介質(zhì)的物性、操作溫度以及流速大小有關(guān)。降低污垢系數(shù)的主要途徑有：改進(jìn)水質(zhì)（冷卻側(cè)）；消除通道內(nèi)可能產(chǎn)生有局部旋渦的死區(qū)；增加流速；避免局部溫度過(guò)高等。

（7）結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，型式和結(jié)構(gòu)材料，避免用特殊的機(jī)械規(guī)格，以減少造價(jià)，同時(shí)也便于維修和更換部件。

增大換熱器的管長(zhǎng)和適當(dāng)?shù)乜s小管徑可以降低單位傳熱面的造價(jià)。對(duì)于腐蝕性強(qiáng)的工藝介質(zhì)而言，為了避免部件使用壽命過(guò)短，維修過(guò)于頻繁，在設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)增加管子和其他部件的厚度。在這種情況下，往往不能采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，而需加以修改。