設(shè)計(jì)最佳服務(wù)間隔的過(guò)程冷卻系統(tǒng)
設(shè)備提供商收到了不滿用戶的電話。該公司認(rèn)為他們的過(guò)程冷卻系統(tǒng)無(wú)法正常工作。他們要求有人立即對(duì)其進(jìn)行檢查。
設(shè)備提供商前往該站點(diǎn)進(jìn)行故障排除。該系統(tǒng)的大小為每分鐘320加侖（gpm），由為過(guò)程提供服務(wù)的熱側(cè)閉環(huán)系統(tǒng)和帶有冷卻塔以散熱的冷側(cè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)組成。這兩個(gè)回路共用一個(gè)板框式換熱器，并且泵在泵的吸入口裝有三通濾網(wǎng)和隔離閥，在出口處裝有隔離閥和止回閥。
圖1.網(wǎng)格中的碎屑阻礙了系統(tǒng)正常運(yùn)行。（由流體冷卻系統(tǒng)提供）
對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行目視檢查發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題。用聲波流量計(jì)檢查流量后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的冷側(cè)正在以額定容量的一部分運(yùn)行。與維修人員的討論顯示出維修計(jì)劃，包括每周清洗黑膠過(guò)濾器和檢查冷卻塔盆。
關(guān)閉系統(tǒng)，并移除過(guò)濾網(wǎng)籃。這揭示了問(wèn)題的根源-碎片被楔入網(wǎng)格中，幾乎完全使過(guò)濾器蒙蔽（參見(jiàn)圖1）。碎片是如此緊密地嵌入，以至于需要使用割炬進(jìn)行清潔。啟動(dòng)后，系統(tǒng)將按設(shè)計(jì)運(yùn)行。
換熱器歷史
該系統(tǒng)中發(fā)生了什么？如何設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以優(yōu)化服務(wù)間隔？
要了解這一點(diǎn)，必須檢查熱交換器的設(shè)計(jì)和選擇歷史。
多年以來(lái)，過(guò)程冷卻行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)做法是使用帶有船用水箱的單程殼管式熱交換器來(lái)散熱（參見(jiàn)圖2）。換熱器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了：將一系列管子卷成扁平的管板，然后將帶有擋板的管束插入外殼中。
圖2.熱交換器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（由Xylem Bell和Gossett提供）
兩種流體中侵蝕性較小的流體通常通過(guò)殼體循環(huán)，而侵蝕性較大的流體則通過(guò)管道循環(huán)。流體循環(huán)的選擇還取決于粘度和結(jié)構(gòu)材料，因?yàn)闅んw通常由碳鋼制成。船用水箱在過(guò)程冷卻應(yīng)用中很常見(jiàn)，因?yàn)榭梢匀∠马敯逡员阌诰偷厍逑矗ㄍㄟ^(guò)鉚接）管束。
為了確保最佳的維修間隔，選擇熱交換器時(shí)應(yīng)考慮結(jié)垢因素，以解決碎屑在傳熱表面上的沉積問(wèn)題。直到1980年代中期，工業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)的結(jié)垢系數(shù)為0.001。結(jié)垢因素可能會(huì)使換熱器表面積增加50％或更多，具體取決于傳熱效率，以U值表示。
U值定義了傳熱率或熱交換器的傳熱能力。數(shù)量越低，熱交換器的傳熱能力越差。U值低的熱交換器需要更多的表面積才能完成其任務(wù)。較大的表面積，開(kāi)放的通道（例如，管殼式熱交換器經(jīng)常使用?英寸或3/4英寸的管子）和大量污垢的結(jié)合，使殼管式熱交換器可以容忍系統(tǒng)中的碎屑。
1923年，理查德·塞利格曼（Richard Seligman）博士發(fā)明了板框式換熱器（參見(jiàn)圖3，第111頁(yè)）。這種設(shè)計(jì)依靠一系列薄的波紋狀波紋板（通常為不銹鋼）來(lái)傳遞熱量。大約35年前，當(dāng)計(jì)算機(jī)選擇軟件促進(jìn)了規(guī)模確定時(shí)，它開(kāi)始廣泛使用。這些熱交換器的特性是每平方英尺傳熱表面積效率更高，U值通常超過(guò)1,000，這意味著該裝置的效率是同類裝置的四倍。
圖3.板框式熱交換器（由Sondex，Inc.提供）
提高效率是有代價(jià)的。板框式換熱器依靠板間很小的通道來(lái)最大化速度和湍流。結(jié)垢因素的引入迅速增加了板組的尺寸，這增加了成本并降低了效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)用工程師經(jīng)常選擇幾乎沒(méi)有污垢因素的設(shè)備。最終的選擇雖然可以有效地傳遞熱量，但對(duì)結(jié)垢非常敏感。如果不進(jìn)行上游過(guò)濾，則開(kāi)環(huán)系統(tǒng)上的板式熱交換器會(huì)迅速結(jié)垢，需要拆卸和清洗才能使裝置恢復(fù)設(shè)計(jì)參數(shù)。
