管壳式换热器节点温度的预测方法与装置

摘要

本发明属传热技术领域，公开一种管壳式换热器节点温度的预测方法与装置。本发明涉及一种单管换热管测试装置，基于该装置可获得单根换热管的传热特性，配合本发明提出的管壳式换热器节点温度的预测方法，可确定管壳式换热器管程和壳程流体的节点温度。该方法主要包括以下步骤：根据换热器中折流板间距确定试验换热管段的长度，确定构建壳程筒体所需的筒节数，加工换热管封板并焊接管法兰，组装试验装置；根据换热器的管程和壳程进出口温度确定试验参数，并进行换热管段传热性能试验，建立单管进出口温度以及管外上下游流体温度的映射关系；启动计算机程序，输入换热器设计数据，执行分析命令，待分析结束后，输出换热器内部各节点温度值。

主权项

1.管壳式换热器节点温度的预测方法，该方法包括以下步骤：a）根据实际换热器中两块折流板的间距，确定一段测试用换热管的长度，该换热管的壳体采用若干筒节组装而成，确定构建壳程筒体所需的筒节数，并与换热管封板、法兰、输送泵、储液罐及管路连接，组装成单管换热管测试装置，其壳体包括若干筒节、位于端部的筒节连接封头和封板，所述筒节均由圆管、筒节端部法兰和筒管上、下部接管组成，各筒节经由端部法兰依次连接；所述换热管的进、出口分别经阀门与管程储液罐连接；所述壳体的每个筒节的上接管分别经阀门连接壳程流量分配器，壳程流量分配器与壳程储液罐连接，每个筒节的下接管分别经阀门连接混流器，壳程混流器与壳程储液罐连接；其换热管规格与实际换热器使用的换热管相同；组装后的单管换热管测试装置的换热管的进、出口和壳体的进、出口均装配有温度传感器、压力传感器、电磁阀及流量传感器，各传感器分别与计算机控制系统连接；b）根据实际换热器的基本参数确定换热管段传热性能试验的温度参数，实际换热器管程的进口温度t₁与壳程进口温度T₁已知，管程的出口温度t₂与壳程出口温度T₂通过以下公式推导： 其中，，，且A为传热面积（m²），H为总传热系数（W·m^-2·K^-1），T₁，t₁为壳程、管程流体进口温度（℃），T₂，t₂为壳程、管程流体出口温度（℃），q_h，q_c为分别为热、冷流体的质量流量（kg·s^-1），c_h，c_c为分别为热、冷流体的比热（J·kg^-1·K^-1）；c）采用单管换热管测试装置进行测试，模拟实际换热器管程、壳程介质和质量流量，以上述实际换热器管程的进、出口温度t₁、t₂和壳程进、出口温度T₁、T₂作为试验参数，将该单管换热管测试装置的管程进口温度在[t₁，t₂]间取若干值t_m作为管程进口温度的试验值；将所述测试装置的壳程出口温度在[T₁，T₂]间取若干值T_n作为壳程出口温度的试验值；试验时，保持t_m不变，调整壳程进口温度，直到获得的壳程出口温度为T_n为止，记录对应的壳程进口温度t_m’和管程出口温度T_n’；重复试验，获得与不同t_m和T_n温度组合对应的t_m’和T_n’，建立管程进口温度、壳程出口温度与管程出口温度、壳程进口温度的对应映射关系，由计算机控制系统生成换热管段管程、壳程进、出口温度映射关系表；其中管程和壳程的储液罐通过加热器和冷却器调温，单管换热管测试装置壳程和管程进口的温度，以及壳程和管程出口温度均通过温度传感器测量；d）根据实际换热器的换热管束在水平方向具有周期性特征，取一个周期的换热管束进行温度场分析，该周期取换热器一竖排内的所有换热管，换热管束在竖直方向上的换热管数量与实际换热器相同，而水平方向的换热管数为一；e）启动计算机程序，输入实际换热器的设计数据，调用换热管段管程、壳程进出口温度映射关系表，依据实际换热器管程和壳程的进口温度，通过迭代计算，确定所述一个周期的换热管束各换热管段出口温度及其壳程下游流体的温度；其它各周期换热管束的节点温度与所述周期的换热管束一致。