管壳式换热器传热性能的检测与校核计算

　　山东广饶水利局（广饶257300）；郑召梅胜利石油管理局技术检测中心（东营257001）普及开来。在目前还没有换热器检测与评价标准的情况下，如何检测与评价换热器的换热性能是急需解决的问题。通过对管壳式换热器现场测试工作进行总结，提出了管壳式换热器的传热性能的热工检测方法与校孩计算方法。

　　刖目随着胜利油田电厂二期工程的投运，余热回收作为节能节水的一条重要途径，目前已经在油田和地方得到广泛应用。在热电联供中，胜利油田使用的换热器是管壳式换热器，此种换热器具有结构紧凑、占地面积小、承受能力高、造价低等优点，因此它是目前使用多的一种间壁式换热器。它由管束和壳体所组成，一种流体在管内流动，称为管程，一种流体在管外壳内流动，称为壳程，两种流体通过管壁进行换热，其简易图如。

　　圄1管壳式换热器简易圄传热方式分析胜利油田热电联供中，高温水走换热器的壳程，低温水走换热器的管程，两流体流动方向为逆流，在壳程流动的高温水通过给热的方式把热量传给管外壁表面，然后再以导热的方式将热量由管外壁传给管内壁，后以给热的方式将热量由管内壁传给低温水，两流体的温度变化如。本文称高温水流经的管网为一级网，低温水流经的管网为二级网，由此可见换热器的换热过程中主要有两种传热方式，它们分别为热传导和热对流。

　　温度圄2冷热两流体温度变化趋势圄热传导主要发生在管束的内外壁之间，在管束中，其内外壁存在温度梯度，由此引起温度的传递导致热量传递，其数值的大小反映在管束壁的导热系数上，导热系数表示物质导热性能的强弱，其物理意义是单位温度梯度的导热流通量，导热系数的大小还与物质的组成、结构、密度、温度、压强有关。大多数质地均匀的固体，其导热系数与温度近似成线性关系，如（1）式热对流发生在流体中，由于流体的宏观运动而引起的热量传递，其大小与流体的流动状态有密切关系，流体的流动状态主要有湍流和层流，由于泵的作用换热器中流体流动状态主要是湍流。

　　对流换热量由牛顿冷却定律知：当给热系数a为常数时，传热速率与温差、传热面积成正比，但在很多场合下，a随温差而变化，其影响给热系数的因素有：流体的性质与状态，主要有比热容、密度、导热系数、粘度等。

　　流体的流动状态，流体作湍流流动时，随着Re的增加，层流内层的厚度相对减薄，热阻减小，故a增加。作层流流动时，传热方式以导热和自然对流为主，所以a较湍流时较小。由于热电联供中增加了泵的外力作用，不管一级网还是二级网流体的流动状态都是湍流流动，所以随着湍流程度的增加a是增加的。

　　传热面的形状、位置与尺寸，放置方式均影响给热系数。

　　给热系数的分类与计算由于换热器中传热方式有对流和导热，并且两过程同时存在，所以给热是一个很复杂的过程，给热系数的计算包括管程给热系数的计算和壳程给热系数的计算。

　　1管程给热系数a的计算由于二级网中流体水无相变又是低粘液体，既是在形直管内流动又是强制对流可以使用Dittus-boelter方程，此方程的应用条件是Re2100000.750时，传热温差小于30C时。热电联供使用的换热器附和上述条件，管程给热系数的计算公式为：入为流体导热系数；ct为管内径。

　　2壳程给热系数a2的计算在壳程中流动的是高温水，壳程是非形管道，给热发生在高温水和形管束的外壁，可将（3）d换成当量直径de即可，当量直径cfe=4沾流动截面积―润湿周边长，然后再按（3）式计算出管外给热系数，但对一些非形管道，计算结果的准确性不高，可直接通过实验求得给热系数的经验公式，并且应在实验中找出经验公式的适用条件。

　　总传热系数的计算传热系数K是传热计算时的一项重要指标，其物理意义是当传热面积为1m2，冷热流体的平均温差为1C时，两流体通过换热器所传递的热量。其数值越大，则换热器传热性能越好，完成一定传热任劳所需的传热面积越少越经济。

　　1不计污垢热阻时换热器的总传热系数换热管内外表面洁净无垢时换热器总传热系数的计算为K为无垢时总传热系数，w/（m2.C）；5管壁厚度，m呔为管外径，md为管内径，m为管内外径的加权平均值，m a为管程给热系数，w/（m2.C）；a2为壳程给热系数，w/（m2.C）；入为管壁导热系数，w/（m2.C）。

　　2计入污垢热阻后的总传热系数在换热器的操作过程中，由于流体污垢的沉积，都会在换热管的表面形成垢层，垢层厚度虽然不厚但导热系数很小，因此应计入污垢热阻。

　　热阻，单位为m2.C/W，由于换热器中的高温水和低温水是锅炉软化水，污垢系换热器的传热性能的热工检测方法1测试依据间壁式换热器的传热方式有热传导和热对流，其传热过程是由给热一导热一给热三个步骤串联而成的，涉及到管程给热系数和壳程给热系数，在换热器的设计中根据用户的出力要求，分别计算出管程和壳程的给热系数，然后计算出总换热系数，在此基础上算出总传热面积。在换热器的热工检测中，在己知换热面积的情况下，测算整台换热器的平均换热系数，换热系数在数值上表示为冷热流体间温度相差1C时，通过单位传热面积、单位时间所传递的热量，单位为w/（m2.C），换热系数是反映换热过程强弱的指标。依据传热过程传递的热量正比于冷热流体之间的温差和传热面积，其公式为：Aim为两流体的对数平均温差，c；Q为热负荷，w.在整个换热过程中，两流体均不发生相变，高温水放出的热量为：冷流体吸收的热量为：在不计热量损失的情况下Q=Q=的流量，kg/h mi为流经换热器二级网水的流T1为一级网水的进口温度，C；T2为一级网水的出口温度，C；t2为二级网水的出口温度，C；t1为二级网水的进口温度，C；cp1为壳程水定压比热容，kJ/（kg.C）；2测试参数主要有进出换热器一级网水或二级网水的流量、一级网水和二级网水进出换热器的温度，通过温度参数查出的水的比热容和密度值。

　　换热器的校核计算校核计算，就是对现有的换热器进行复核计算，看能否满足使用要求。己知换热器的换热面积A的情况下通过测试数据，即进出换热器一级网水或二级网水的流量、一级网水和二级网水进出换热器的温度，通过温度参数查表得出的水的比热容和密度值由公式（6）、（7）、（8）、（9）计算出换热器的热负荷和传热系数，看能否满足使用要求。

　　2004年一季度，胜利油田技术监督处根据用户反映，组织油田能源监测站对7个热交换站的14台在用换热器的京：中国石化出版社，1996. 2GB151-1999管壳式换热器。

　　换热效果进行了检测。其中油田胜中社区西五区换热站一台管壳式换热器其检测数据、设计数据、校核计算结果如表1.结论从表中可以看出，换热系数校核计经过组织用户、供货方、设计方对换热器进行内部结构解剖分析，发现部分换热器产品确实存在明显的质量缺陷，鉴于此，油田对不合掐供货厂家提出了退货、在规定的时间内加紧整改，经验收后再付款等处理方法。换热器换热效果检测工作的开展，为油田大力引表1胜利油田胜中社区某管式换热器换热效果检测数据序号参数名称数据数据来源测试仪表仪表等级1换热面积m2288设计2壳程流量kg/s30.13设计3壳程进口度r135设计4壳程出口度r65设计5管程进口度r62设计6管程出口度r87设计7壳程水比热容kJ/（kg.r）4.22查表8额定热负荷kW8900设计9额定换热系数W/（m“C）1904.14计算10二级网流量kg/h559620测试11二级网进口度r53.6测试12二级网出口度r65.9测试13二级网度平均值r59.8计算14二级网水的比热容kJ/（kg.r）4.178查表15二级网水的密度kg/m3983.2查表16换热器的热负荷W7988482.23计算17实际热负荷占额定热负荷的百分比89.76计算18一级网水的进口度r122.0测试19一级网水的出口度r59.2测试20对数平均差r21.914计算21换热系数W/（m2.r）1265.76计算超声波流量计玻璃棒度计算的结果远远达不到设计结果，主要原使换热性能差。

　　致使换热器结垢，影响了传热性能。

　　进和推广应用高效、高质量换热器，避免引进质劣、价高、效果差的产品，确保油田热电联供项目顺利实施，发挥了极其重要的参谍作用。