管殼式冷卻器優化設計方法
1提高傳熱效率
管殼式冷卻器是問壁傳熱式冷卻器，冷熱流體通過冷卻器板片傳熱，流體與板片直接接觸，傳熱方式為熱傳導和對流傳熱。提高管殼式冷卻器傳熱效率的關鍵是提高傳熱系數和對數平均溫差。
① 提高冷卻器傳熱系數只有同時提高板片冷熱兩側的表面傳熱系數，減小污垢層熱阻，選用熱導率高的板片，減小板片的厚度，才能有效提高冷卻器的傳熱系數。
a．提高板片的表面傳熱系數
由于管殼式冷卻器的波紋能使流體在較小的流速下產生湍流 (雷諾數一 150時 )，因此能獲得較高的表面傳熱系數，表面傳熱系數與板片波紋的幾何結構以及介質的流動狀態有關。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。經過多年的研究和實驗發現，波紋斷面形狀為三角形 (正弦形表面傳熱系數最大，壓力降較小，受壓時應力分布均勻，但加工困難？ )的人字形板片具有較高的表面傳熱系數，且波紋的夾角越大，板間流道內介質流速越高，表面傳熱系數越大。
b．減小污垢層熱阻
減小冷卻器的污垢層熱阻的關鍵是防止板片結垢。板片結垢厚度為 1 mm時，傳熱系數降低約 10%。因此，必須注意監測冷卻器冷熱兩側的水質，防止板片結垢，并防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕，在供熱介質中添加藥劑，因此必須注意水質和黏 *劑引起雜物沾污冷卻器板片。如果水中有黏性雜物，應采用專用過濾器進行處理。選用藥劑時，宜選擇無黏性的藥劑。
c．選用熱導率高的板片
板片材質可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、銅合金等。不銹鋼的導熱性能好，熱導率約14．4 W/(m?K) ，強度高，沖壓性能好，不易被氧化，價格比鈦合金和銅合金低，供熱工程中使用最多，但其耐氯離子腐蝕的能力差。

d．減小板片厚度
板片的設計厚度與其耐腐蝕性能無關，與冷卻器的承壓能力有關。板片加厚，能提高冷卻器的承壓能力。采用人字形板片組合時，相鄰板片互相倒置，波紋相互接觸，形成了密度大、分布均勻的支點，板片角孑 L及邊緣密封結構已逐步完善，使冷卻器具有很好的承壓能力。國產可拆式管殼式冷卻器最大承壓能力已達到了 2.5 MPa。板片厚度對傳熱系數影響很大，厚度減小 0.1mm，對稱型管殼式冷卻器的總傳熱系數約增加 600W/(m ?K)，非對稱型約增加 500 W/(m ?K) 。在滿足冷卻器承壓能力的前提下，應盡量選用較小的板片厚度。
② 提高對數平均溫差
管殼式冷卻器流型有逆流、順流和混合流型 (既有逆流又有順流 )。在相同工況下，逆流時對數平均溫差最大，順流時最小，混合流型介于二者之問。提高冷卻器對數平均溫差的方法為盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型，盡可能提高熱側流體的溫度，降低冷側流體的溫度。
③ 進出口管位置的確定
對于單流程布置的管殼式冷卻器，為檢修方便，流體進出口管應盡可能布置在冷卻器固定端板一側。介質的溫差越大，流體的自然對流越強，形成的滯留帶的影響越明顯，因此介質進出口位置應按熱流體上進下出，冷流體下進上出布置，以減小滯留帶的影響，提高傳熱效率。
2.2降低冷卻器阻力的方法
提高板問流道內介質的平均流速，可提高傳熱系數，減小冷卻器面積。但提高流速，將加大冷卻器的阻力，提高循環泵的耗電量和設備造價。循環泵的功耗與介質流速的 3次方成正比，通過提高流速獲得稍高的傳熱系數不經濟。當冷熱介質流量比較大時，可采用以下方法降低冷卻器的阻力，并保證有較高的傳熱系數。
① 采用熱混合板
熱混合板的板片兩面波紋幾何結構相同，板片按人字形波紋的夾角分為硬板 (H)和軟板 (L)，夾角 (一般為 120。左右 )大于 90。為硬板，夾角 (一般為 70。左右 )小于 90。為軟板。熱混合板硬板的表面傳熱系數高，流體阻力大，軟板則相反。硬板和軟板進行組合，可組成高 (HH)、中 (HL)、低 (LL)3種特性的流道，滿足不同工況的需求。
冷熱介質流量比較大時，采用熱混合板比采用對稱型單流程的冷卻器可減少板片面積。熱混合板冷熱兩側的角孔直徑通常相等，冷熱介質流量比過大時，冷介質一側的角孑 L壓力損失很大。另外，熱混合板設計技術難以實現精確匹配，往往導致節省板片面積有限。因此，冷熱介質流量比過大時不宜采用熱混合板。
② 采用非對稱型管殼式冷卻器
對稱型管殼式冷卻器由板片兩面波紋幾何結構相同的板片組成，形成冷熱流道流通截面積相等的管殼式冷卻器。非對稱型 (不等截面積型 )管殼式冷卻器根據冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求，改變板片兩面波形幾何結構，形成冷熱流道流通截面積不等的管殼式冷卻器，寬流道一側的角孑 L直徑較大。非對稱型管殼式冷卻器的傳熱系數下降微小，且壓力降大幅減小。冷熱介質流量比較大時，采用非對稱型單流程比采用對稱型單流程的冷卻器可減少板片面積 15% 一 3O% 。
③ 采用多流程組合
當冷熱介質流量較大時，可以采用多流程組合布置，小流量一側采用較多的流程，以提高流速，獲得較高的傳熱系數。大流量一側采用較少的流程，以降低冷卻器阻力。多流程組合出現混合流型，平均傳熱溫差稍低。采用多流程組合的管殼式冷卻器的固定端板和活動端板均有接管，檢修時工作量大。
④ 設冷卻器旁通管
當冷熱介質流量比較大時，可在大流量一側冷卻器進出口之問設旁通管，減少進入冷卻器流量，降低阻力。為便于調節，在旁通管上應安裝調節閥。該方式應采用逆流布置，使冷介質出冷卻器的溫度較高，保證冷卻器出口合流后的冷介質溫度能達到設計要求。設冷卻器旁通管可保證冷卻器有較高的傳熱系數，降低冷卻器阻力，但調節略繁。
⑤ 管殼式冷卻器形式的選擇
冷卻器板間流道內介質平均流速以 0．3～ 0．6m／ s為宜，阻力以不大于100 kPa為宜。根據不同冷熱介質流量比，可參照表 1選用不同形式的管殼式冷卻器，表中非對稱型管殼式冷卻器流道截面積比為 2。采用對稱型或非對稱型、單流程或多流程管殼式冷卻器，均可設置冷卻器旁通管，但應經詳細的熱力計算。

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