工业换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。水冷冷凝器的应用广泛,日常生活中取暖用暖气散热器片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上油冷却器等,都是换热器。专业水冷冷凝器还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺和科学水平的限制,早期的换热器只能采用简单的结构,而且传热面积小、体积大和笨重,蛇管壳式换热器等。随着制造工艺的发展,逐步形成一种管壳式换热器,它不仅单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果也较好。
能源是当前人类面临的重要问题之一,能源开发及转换利用已成为各国的重要课题,而换热器是能源利用过程中必不可少的设备,是化工、冶金、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。无论是从上述各种工业的发展,还是从能源的有效利用,专业水冷冷凝器的选型、合理设计、制造和操作都有非常重要的意义。近年来,由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素,传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展,设计人员已经开发了多种新型的换热器,以满足各行各业的要求。在国外,美国传热研究公司HTRI在传热机理、两相流及测试技术方面取得进展。该公司所开发的网络优化软件、各种水冷冷凝器工艺设计软件计算精度准确。
管式换热器:这类换热器都是通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式不同大致分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕式换热器和管壳式换热器。板面式换热器:这类换热器都是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种:螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板式换热器。其他形式换热器:这类换热器是指一些具有特殊结构的换热器,一般是为满足工艺特殊要求而设计的,如石墨换热器、聚四氟乙烷换热器和热管换热器等。专业水冷冷凝器具有可靠性强、适应广等优点,在个工业领域中得到广泛的应用。近年来,尽管受到了其他新型水冷冷凝器的挑战,但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的,管壳式换热器仍占主导地位。根据管壳式换热器的结构特点,可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和斧式重沸器五类。
换热器种类很多,按热量交换原理和方式,可将水冷冷凝器分为混合式、蓄热式和问壁式三类。其中间壁式水冷冷凝器按传热面的形状和结构可分为:管壳式、板式、管式、液膜式、板壳式与热管。目前,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器。管壳式换热器又称列管式换热器,该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点,在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来,尽管受到了其他新型换热器的挑战,但反过来也促进其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天,管壳式换热器仍占主导地位。列管式换热器可根据其结构特点,分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。
换热器温度控制过程有如下特点:水冷冷凝器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。被调参数经检测元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号,测量值与给定值的差值送入调节器,调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。水冷冷凝器温度控制系统的工艺流程如下:冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程,通过热传导,从而使冷流体的出口温度升高。冷流体通过循环泵流经换热器的壳程,出口温度稳定在设定值附近。热流体通过多级泵流经换热器的管程,与冷流体热交换后流回蓄水池,循环使用。从控制任务要求可知,换热器温度控制系统是单点、恒值控制。且题目要求用单回路控制系统,控制范围和控制精度要求一般,功能上无特殊要求,采用广泛使用的PID控制。
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