取样冷却器-锅炉取样冷却器结构优化设计 

取样冷却器-锅炉取样冷却器的应用十分广泛，是化工行业的重要装置，随着其功能的不断扩大和技术的发展，现今，冷却器在其它多个领域也有广泛的应用。在工业生产中，冷却器的作用是将通过高温流体将能量向低温流体传递，使流体的温度降低达到工艺流程指标范围，满足工艺流程的需要。同时冷却器也对余热和废热进行有效的回收利用，以作为生产的能源补充，提高能源利用里，降低能量消耗，有效的降低生产成本，提高锅炉取样冷却器经济效益。我国工业的飞速发展，生产规模的不断扩大，冷却器装置也朝着大型化和高性能化发展，冷却器从结构设计到制造生产再到投入使用都提出了更高的要求。锅炉取样冷却器也称之为列管式冷却器，是以在壳体中封闭的壁面作为传热面的间壁式冷却器，其具有结构简单、操作方便、可靠性高的特点，以金属作为制造的主要裁量，能够满足高温、高压生产条件下的需要，因此受到行业的广泛认可和推广应用。

1锅炉取样冷却器的类型

管内外流体在温度上具有很大的差异，这也使得冷却器管束的温度与壳体的温度也具有差异。如果二者之间温差过大，在冷却器的内部的热应力会加大，容易造成管子发生断裂或者弯曲变形，甚至从管板上拖位。如果二者温差达到50℃或者以上时，就必须采取有效的补偿措施来对热应力进行减少或者将其消除。锅炉取样冷却器的类型也是根据补偿措施的不同来进行划分的。

1) 固定管板式冷却器。管板与壳体是呈一体化相连的结构形式，其优点是结构简单，但是其只在流体温差不大的条件下应用。如果温差大或者壳程压力较低的情况下，为了有效的降低热应力，采用此种类型的冷却器需要在壳体上加装补偿圈。

2) 锅炉取样冷却器。在管束一端的管板能够自由的浮动，以达到将热应力减小或者消除的目的，而且从壳体中能够将管束从中整体的抽出，为装置的检修和清洗提供方便。从冷却器的应用来看，式冷却器应用为广泛，但是相对来说，结果要复杂一些，成本投入稍大些。

3) U型管冷却器。此种锅炉取样冷却器的换热管呈U形，在同一管板上将管束的两端分别加以固定，进口室和出口室由箱内的隔板来进行分隔开来，消除热应力。此种锅炉取样冷却器相比于式在结构上要简单得多，其缺点在于管程清洗起来比较麻烦。

2锅炉取样冷却器的基本设计

1) 取样冷却器问题的提出。本文研究以一款管壳冷却器为例。以热氢气作为壳程介质，冷却水位管程介质，进口温度设定为90℃，冷却水温度为32℃。冷却器在经过一段时间的持续使用后，管程中有一定量的水垢堆积，大大影响了换热效果。同时为了使冷却效果满足标准的要求，需要经常将封头拆卸下来以对水垢进行清除。从现有的锅炉取样冷却器的结构来看，拆卸起来比较困难，封头被拆下来后，管程接着从密封面泄漏出来。为了解决上述问题，对冷却器的结构进行优化设计十分必要。

2) 取样冷却器工艺参数。进口气体温度90℃，出口气体温度为40℃，进口气压力为0.3MPa；进口水温32℃，出口水温40℃，进口冷却水压力0.35MPa。

3) 取样冷却器性能计算。通过数据模型和物理模型，利用公式对冷却器进行热传导计算。为了解决原冷却器设计中K值过低的问题，优化设计换热元件采用高效换热管，在同等条件下，K值降低的问题得到改善。

3锅炉取样冷却器结构的优化设计

3.1封头隔板结构的改进

为了有效的预防型封头的锅炉取样冷却器中冷却水发生短路而对换热效果产生不利的影响，对封头中德隔板进行优化设计，选择一种特殊的，能够随着管板热胀冷缩实现自动密封补偿的隔板结构，参见图1所示：

图1改进后的封头隔板结构

如图所示，此种形式的封头隔板，在使用过程中，能够与浮动管板始终保持自动贴紧的状态，这样有效避免了管程中冷却水发生短路的情况，从而使冷却水保持良好的换热效果。

3.2封头、管板、壳体连接结构的改进

原有的锅炉取样冷却器冷却水在经过一段时间的使用后，就需要的管程和换热管内壁中堆积的水垢和杂质进行清理，但是在清理的过程中，需要先对封头进行拆卸。原有的冷却器封头、管板、壳体之间的连接是采用普通的螺栓加以紧固，拆卸过程中先要对封头处的螺母进行松开，管板与壳体之间密封松动失效后，壳程内的氢气会从密封处直接泄漏出来，容易造成安全事故。优化后的锅炉取样冷却器将螺栓连接进行优化改进，采用特殊设计加工制作的连接螺栓对三者进行联接，冷却器封头在拆下的过程中，管板与壳体仍然保持紧密连接的状态，密封性保持良好，氢气不会发生泄漏。这种结构不仅能够有效的防止管程清理时壳程内的氢气发生泄漏或损耗，预防安全事故的发生，同时使设备周围的生产环境得到很大改善。

经过优化设计后的锅炉取样冷却器结构，经过试验检验和工艺模拟，有效的改善了原有冷却器在使用过程中存在的问题，保证了良好的热力性能。此种新型锅炉取样冷却器可在石油、化工、电力等多个行业领域应用，具有良好的推广价值。