下面的例子演示了换热器旁路如何有效地用于换热器的温度控制。
问题
设计一个热交换器来处理以下三种不同时间的操作场景。
壳侧流体-水到汽提塔入口
管侧流体-从汽提器出口流出的热水
换热器设计应考虑以下三种操作情况。
(A)水壳侧流量= 100,000 kg/hr
进气壳侧压力= 5.0巴
入口外壳温度= 25℃
出口外壳温度= 40℃
流量:10万公斤/小时
进口压力= 6.0巴
入口外壳温度= 75℃
出口外壳温度= 60℃
换热器热负荷= 6.65 × 106kJ /人力资源
(B)水壳侧流量= 150kg /hr
进气壳侧压力= 5.0巴
入口外壳温度= 25℃
出口外壳温度= 40℃
流量:10万公斤/小时
进口压力= 6.0巴
入口外壳温度= 75℃
出口外壳温度= 60℃
换热器热负荷= 9.97 × 106kJ /人力资源
(C)水壳侧流量= 100,000 kg/hr
进气壳侧压力= 5.0巴
入口外壳温度= 25℃
出口外壳温度= 40℃
流量= 50,000公斤/小时
进口压力= 6.0巴
入口外壳温度= 75℃
出口外壳温度= 60℃
换热器热负荷= 6.65 × 106kJ /人力资源
解决方案
从换热器设计的问题陈述中可以清楚地看出，在换热器的热负荷方面，运行工况(B)是要求最高的工况。因此，换热器的设计应满足这种操作情况。
如果换热器是为箱体(B)设计的，那么对于箱体(A)和(C)，则在箱体(A)和(C)上有多余的热水流量，超过了所需流量。这种过剩的流量会导致管道水流过热。为了避免过热，一种可能的解决方案是在热交换器的热水流动侧安装一个旁路，如图所示。
根据所要控制的变量，有各种可能的壳侧热水控制方案。
- 壳侧冷水的出口温度可以根据热侧和冷侧的流量比率而有很大的变化。因此，为了保持出口温度不变，这个流量比必须保持不变。由于管旁流量超过要求，只需要部分流量进入换热器管旁，其余流量可以绕过换热器。换热器外壳出口的温度控制器(TC)对控制阀(换热器原理图中的CV1)进行节流，以调整将要交换tubeside的热水的比例。
- 在换热器的热水侧(管侧)，热水出口总流量的温度可以通过使用控制阀(在换热器原理图中为CV2)调节旁通管道流量来控制。在目前的布置中，主要考虑对热水总流量的流量控制。由于通过换热器tuside的热水比例已经被控制，用于壳侧出口温度控制，通过旁路的热水比例被调整，以保持换热器出口侧的热水总流量相同。在这种情况下，组合流的温度无法控制。
- 如果要控制热水出口的温度，则可以使用旁通管道上的控制阀(原理图上的CV2)来调节旁通流量。在这种情况下，热水的总流量会变化，但温度可以保持在所需的范围内。
这个示例问题继续展示了如何设计一个单一的交换器来适应多个操作情况。解决方案是根据换热器热负荷的要求设计换热器，并在换热器的过剩流侧使用旁通管来控制不同的工艺参数。
