熱交換器的設(shè)計上如何考慮壓降的限制？

壓降是艾克森熱交換器設(shè)計的重要參數(shù)，過大的壓降會增加輸送泵/風機的能耗，導(dǎo)致介質(zhì)流量不足，影響換熱效果；過小的壓降則可能因流速過低，會導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)下降，增加設(shè)備體積。所以艾克森在設(shè)計中通過參數(shù)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、工況匹配三方面綜合控制壓降，確保壓降在允許范圍內(nèi)。

1. 明確壓降限制的核心依據(jù)

艾克森熱換熱器設(shè)計前需要先確定壓降的允許范圍，主要依據(jù)以下因素：

（1）工藝要求：根據(jù)生產(chǎn)工藝中介質(zhì)的輸送壓力與流量需求，確定最大允許壓降；

（2）能耗成本：通過經(jīng)濟性分析，確定壓降-能耗-設(shè)備成本的平衡點，例如，降低壓降可減少泵能耗，但可能需增大設(shè)備體積，需計算全生命周期成本，選擇最優(yōu)壓降值；

（3）介質(zhì)特性：粘性大的介質(zhì)易產(chǎn)生較大壓降，需放寬壓降限制；易汽化的介質(zhì)需嚴格控制壓降，通常允許壓降≤30kPa。

2. 通過參數(shù)優(yōu)化控制壓降

（1）優(yōu)化介質(zhì)流速：流速是影響壓降的核心因素（壓降與流速的平方成正比），需根據(jù)介質(zhì)類型選擇合理流速：

（2）管殼式熱交換器：管程液體流速通常取0.5-3m/s，氣體流速5-20m/s；殼程液體流速 0.3-1.5m/s，氣體流速 3-15m/s，以免流速過高導(dǎo)致壓降超標，或過低導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)下降；

（3）板翅式熱交換器：各流道液體流速0.3-2m/s，氣體流速5-15m/s，通過調(diào)整翅片間距與3.通道層數(shù)控制流速。

合理選擇管徑/流道尺寸：管殼式中，增大管徑可降低管程壓降，但需平衡換熱面積；板翅式中，增大翅片高度可增加流道截面積，降低壓降，適用于大流量、低壓力的介質(zhì)。

3. 通過結(jié)構(gòu)調(diào)整降低壓降

（1）折流板：減少折流板數(shù)量可降低殼程壓降，但需避免間距過大導(dǎo)致管束振動；采用螺旋形折流板替代弓形折流板，可使殼程介質(zhì)呈螺旋形流動，減少流動死區(qū)與局部阻力，壓降可降低20%-30%；

（2）管程數(shù)：減少管程數(shù)可增加管程流通面積，降低管程壓降，但需注意管程數(shù)減少可能導(dǎo)致介質(zhì)停留時間縮短，需通過增加管子長度補償換熱面積；

4. 通過工況匹配減少壓降影響

（1）介質(zhì)預(yù)熱/預(yù)冷：對于溫差大的換熱場景，可采用多臺熱交換器串聯(lián)，分級換熱，避免單臺設(shè)備內(nèi)介質(zhì)溫差過大導(dǎo)致局部流速過高、壓降超標；

（2）防結(jié)垢處理：結(jié)垢會縮小流道截面積，增加壓降，設(shè)計中需選擇不易結(jié)垢的結(jié)構(gòu)，或在設(shè)備內(nèi)設(shè)置在線清洗裝置，定期清理結(jié)垢，維持流道通暢；

（3）變工況適應(yīng)性設(shè)計：如果介質(zhì)流量波動較大，需設(shè)計可調(diào)節(jié)的流通結(jié)構(gòu)，可以確保在變工況下壓降仍在允許范圍內(nèi)。

艾克森設(shè)計熱交換器從多方面把控壓降，平衡效率、成本與工況，可以確保壓降合規(guī)，更好保障設(shè)備做到高效穩(wěn)定運行。