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如何设计最有效率的壳管式热交换机 为了最大程度的利用交换机设计软件，设计师必须了解壳管式热交换机的分类，零件构成，管道布置，阻力，压力下降以及平均温差的相关知识。 壳管式热交换机的设计是由极其复杂的电脑软件完成的。尽管如此，人们还是需要好好地理解热交换机的构造才能对相关软件驾轻就熟。 这篇文章将介绍热交换机的基本构造，包括：热交换机构成；按构造和服务功能分类热交换机；热学设计需要的数据；管道设计；包括管道布置，阻力设计以及壳边压力下降等具体项目的壳体设计；还有就是平均温差。管壁还有壳壁的热交换基础公式已经众所周知了，我们在此主要着重于研究如何最好的协调这些因素的相互关系以设计出最实用的热交换机。以后将要发布的文章中我们还计划讨论壳管式热交换机设计中的一些高级内容比如壳管壁液体分流，多层壳应用，超安全标准设计以及污垢处理。 壳管式热交换机的构造 设计者熟悉壳管式热交换机的特点在整个设计过程中是至关重要的，壳管式热交换机主要构成部分是： 壳 壳罩 管 通道 通道罩 管道片 阻隔物 喷嘴 其他构成部分包括转向横拉杆，逆电流器，隔离板，冲击板，纵向挡板，隔离带，配件以及其他基础设备。 管式热交换机制造协会的相关标准对这些零件都有极其详细的描述。 壳管式热交换机被分为三部分：前头，壳身和后头。图1是相应部分的术语。 壳管式热交换机按构造分类： 固定管片。如图2所示，每个固定管片式交换机都是把直管牢牢焊在壳上。 这种设计的主要优势就是它的简单以及低成本，事实上，只要没有扩展设备，固定管片式交换机就是所有设计方式中最廉价的一种。 其他的优势比如，在管道罩去除后管道可以由机器清洁。还因为没有凸缘结合处，壳边液体物质的渗漏可以达到最小化。 这种设计的不足之处在于管道固定在壳体上并不能移除，管道外部不能自动清理。因此，这种设计应用尽局限于可以清洗壳壁的情况下。但是，如果有适宜的化学清洗方式可用，这种固定管片的设计就是可用的。 当壳与管的温差较大时，管片将无法吸收不同的压力，所以就需要引入补偿器设计。但是这样做的话，这种设计的廉价优势就不复存在了。 U形管。如名字所示，这是种字母U形状的弯管型热交换器，这种设计只有一个管片。但是，更少管片所节约的成本却被弯曲的管道导致的更大壳直径所抵消了，这种设计跟刚才提到的固定管片式热交换机成本基本持平。 U形管热交换机的优势在于解放了机器的一端，这样管道束就可以随着压力差自由扩张或者收缩，管道外壁可以清洁，管道束可以移除。 这种设计的缺点在于管道内部难以清洁，需要柔韧的钻头式清洁机器才可以完成。所以当交换机内部使用浑浊液体时，不应采用这种设计。 浮头式。浮头式热交换机是一款通用的热交换机，同时也是最为昂贵的。这种设计中，一端管片固定在壳壁上，另一端在壳内自由浮动。这种设计容许了管束的自由扩张，同时方便清洗管的内外壁。因此，浮头热交换机可以在壳内液体浑浊的情况下使用，比如用于原油精炼设备。 浮头热交换机也分很多种，最常见的是拖拉式（TEMA T）设计和有辅助设计的拖拉式（TEMA S）浮头热交换机。 TEMA S设计详见图4，这种设计最经常被化学制品工厂采用。要拆除这种交换机，必须先把外壳去除，然后解除后开口环，接下来是浮头盖，这样管束就可以从固定端解除下来。 TEMA T 构造如图5所示，由于壳的直径大于浮动头的直径，整个管束，包括浮动头都可以从固定端上解除下来。浮动盖紧紧旋在浮动管片上，这样子就不需要添加开口环了。 这种设计的优点是，管束可以在不移除壳或者浮动头的前提下自由拆卸，这样就大大缩短了维护时间。这种设计特别适用于U形管所不适用的锅形再沸器。由于壳体的庞大，这种设计是所有设计中成本最高的。 有两种浮动头结构的包装，外包装填料函（TEMA P）以及外包装套环（TEMA W）（见图1）。但由于这种设计比较容易导致溶液泄露，所应用的领域应该都不涉及危险或者有度液体。 按维护分类 基本上，维护都是单向单阶段的（比如冷却或者加热）或者双阶段（冷凝或者蒸发）。由于壳管式热交换机有两面，这就导致了维护的不同组合方式。 总体而言维护可以按以下方式分类： 单向式（壳壁与管壁） 冷凝式（单向冷凝） 蒸发式（单向蒸发） 冷凝/蒸发式（一端冷凝另一端蒸发） 以下的术语使用频率较高： 热交换机（双端都是单向的并且产生工业液体） 冷却剂：一部分用来处理流体，另一部分用来冷却水或者空气 冷凝器：一部分来冷凝工业液体，另一部分用来冷却水或者空气 冷却器：一部分在亚大气温度环境下冷凝液体，另一部分处理工业流体 再沸器：一部分底端的液体进入分裂蒸馏塔另一部分用来加热工业流体 此文章会集中讨论热交换机单向应用的情况。 设计数据 在讨论实际热设计之前，相关数据必须由有效的一方认可，接下来才可用于实际设计中： 冷流与