設計最佳服務間隔的過程冷卻系統(tǒng)
設備提供商收到了不滿用戶的電話。該公司認為他們的過程冷卻系統(tǒng)無法正常工作。他們要求有人立即對其進行檢查。
設備提供商前往該站點進行故障排除。該系統(tǒng)的大小為每分鐘320加侖（gpm），由為過程提供服務的熱側閉環(huán)系統(tǒng)和帶有冷卻塔以散熱的冷側開環(huán)系統(tǒng)組成。這兩個回路共用一個板框式換熱器，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)正常運行。（由流體冷卻系統(tǒng)提供）
對該系統(tǒng)進行目視檢查發(fā)現(xiàn)沒有問題。用聲波流量計檢查流量后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的冷側正在以額定容量的一部分運行。與維修人員的討論顯示出維修計劃，包括每周清洗黑膠過濾器和檢查冷卻塔盆。
關閉系統(tǒng)，并移除過濾網(wǎng)籃。這揭示了問題的根源-碎片被楔入網(wǎng)格中，幾乎完全使過濾器蒙蔽（參見圖1）。碎片是如此緊密地嵌入，以至于需要使用割炬進行清潔。啟動后，系統(tǒng)將按設計運行。
換熱器歷史
該系統(tǒng)中發(fā)生了什么？如何設計該系統(tǒng)以優(yōu)化服務間隔？
要了解這一點，必須檢查熱交換器的設計和選擇歷史。
多年以來，過程冷卻行業(yè)的標準做法是使用帶有船用水箱的單程殼管式熱交換器來散熱（參見圖2）。換熱器的設計簡單明了：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.熱交換器的標準設計（由Xylem Bell和Gossett提供）
兩種流體中侵蝕性較小的流體通常通過殼體循環(huán)，而侵蝕性較大的流體則通過管道循環(huán)。流體循環(huán)的選擇還取決于粘度和結構材料，因為殼體通常由碳鋼制成。船用水箱在過程冷卻應用中很常見，因為可以取下頂板以便于就地清洗（通過鉚接）管束。
為了確保最佳的維修間隔，選擇熱交換器時應考慮結垢因素，以解決碎屑在傳熱表面上的沉積問題。直到1980年代中期，工業(yè)應用中常見的結垢系數(shù)為0.001。結垢因素可能會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。較大的表面積，開放的通道（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（參見圖3，第111頁）。這種設計依靠一系列薄的波紋狀波紋板（通常為不銹鋼）來傳遞熱量。大約35年前，當計算機選擇軟件促進了規(guī)模確定時，它開始廣泛使用。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）
提高效率是有代價的。板框式換熱器依靠板間很小的通道來最大化速度和湍流。結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。為了解決這個問題，應用工程師經(jīng)常選擇幾乎沒有污垢因素的設備。最終的選擇雖然可以有效地傳遞熱量，但對結垢非常敏感。如果不進行上游過濾，則開環(huán)系統(tǒng)上的板式熱交換器會迅速結垢，需要拆卸和清洗才能使裝置恢復設計參數(shù)。