本發明涉及換熱設備領域，特別是涉及一種真空冷凝器的設計方法。

背景技術：

1、真空冷凝器是抽真空系統中的關鍵設備之一，通過將泵抽出的油氣進行冷卻并部分冷凝、進而排出凝液，以達到降低系統溫度的目的，冷凝器的性能（包括傳熱效率及壓降）及其穩定性直接關系到抽真空系統的可靠性。

2、由于真空泵抽出的油氣具有操作壓力低、傳熱系數小等特點，因此冷卻器通常需要通過設置特殊流通通道、增加管程數量等手段優化內部結構，這就導致該真空冷凝器無法單純通過主流的專業計算軟件（如htri、edr等）完成傳熱及水力學計算，還需要設計者結合理論及經驗進行手算，數據準確度低，結構參數優化效果較差。

3、因此人們亟需一種結構參數優化效果好的真空冷凝器的設計方法。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種真空冷凝器的設計方法，以解決上述現有技術存在的問題，通過等效換熱器計算的方式提高結構參數的優化效果。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種真空冷凝器的設計方法，包括以下步驟：

3、s1：根據真空冷凝器設計參數初步確定真空冷凝器結構參數；

4、s2：根據確定的真空冷凝器結構參數完成初步的換熱管布置圖，確定擋板位置及尺寸、接管位置及防沖高度；

5、s3：通過等效換熱器的方式，利用計算機軟件進行工藝及水力學計算，確定傳熱系數、換熱面積、管束壓降、進口接管壓降及不凝氣出口接管壓降；

6、s4：根據擋板尺寸計算介質轉向處的變向壓降；

7、s5：計算真空冷凝器整體壓降，若滿足需求，則確定選型方案；若不滿足需求，返回s1調整方案重新計算；

8、s6：確定最終方案，完成工藝文件的編制。

9、優選的，在步驟s1中，真空冷凝器的設計參數包括介質操作溫度、操作壓力、物性數據、設計溫度、設計壓力、設備材質。

10、優選的，在步驟s1中，真空冷凝器結構參數通過計算機軟件確定，真空冷凝器結構參數包括設備直徑、管程數量、換熱管數量、換熱管長度、接管尺寸及接管數量。

11、優選的，在步驟s2中，擋板將真空冷凝器殼體內流體流動路徑分為三部分：兩相順流區、氣相轉向區及氣液分流區，在步驟s3中，將所有換熱管沿殼體內流體流通方向按換熱管排數分為若干單元，根據三個區域各自的換熱管排數及每排換熱管數確定等效換熱器的尺寸，等效換熱器的換熱管排數及每排換熱管的數量與對應的區域相同，利用計算機軟件，按三臺串聯的方式，對三臺等效換熱器進行模擬計算，求取三部分各自的傳熱系數以及壓降，進而獲取換熱管總體的傳熱系數、壓降及面積裕量。

12、優選的，每個區域或與區域對應的等效換熱器的壓降即該區域范圍或等效換熱器內所有單元壓降之和，傳熱系數為該區域范圍或等效換熱器內所有單元傳熱系數根據負荷比例計算的平均值。

13、優選的，在步驟s3之后，根據計算結果判斷壓降及換熱面積能否滿足裕量要求，若能滿足，則進行s4；若不能，則返回s1，調整結構參數后重新計算。

14、優選的，在步驟s5中，真空冷凝器的整體壓降包括管束壓降、進口接管壓降、不凝氣出口接管壓降以及變向壓降。

15、優選的，在步驟s5之后，在確定選型方案的基礎上對換熱管進行局部優化，進行加設旁路擋板以及增加不布管區的局部優化措施。

16、優選的，在步驟s2中，布置換熱管時充分考慮管程布置，使管程介質與殼體內流動介質之間全逆流。

17、優選的，在步驟s2中，管程介質流向與殼體內流動介質流向垂直。

18、本發明相對于現有技術主要取得了以下技術效果：

19、在初步確定真空冷凝器結構參數后，利用結構參數完成換熱管布置圖，在此基礎上通過等效換熱器計算的方式計算相關數據，通過計算結果判斷當前方案的可行性，進而確定方案，無需進行手算，提高數據準確度，進而提高結構參數的優化效果，不僅能改進真空冷凝器結構、減小真空冷凝器體積、提高真空冷凝器計算準確度，同時還有利于抽真空系統的整體優化，減少設備投資、降低運行能耗，具有明顯的社會和經濟效益。

技術特征：

1.一種真空冷凝器的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s1中，真空冷凝器的設計參數包括介質操作溫度、操作壓力、物性數據、設計溫度、設計壓力、設備材質。

3.根據權利要求2所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s1中，真空冷凝器結構參數通過計算機軟件確定，真空冷凝器結構參數包括設備直徑、管程數量、換熱管數量、換熱管長度、接管尺寸及接管數量。

4.根據權利要求1所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s2中，擋板將真空冷凝器殼體內流體流動路徑分為三部分：兩相順流區、氣相轉向區及氣液分流區，在步驟s3中，將所有換熱管沿殼體內流體流通方向按換熱管排數分為若干單元，根據三個區域各自的換熱管排數及每排換熱管數確定等效換熱器的尺寸，等效換熱器的換熱管排數及每排換熱管的數量與對應的區域相同，利用計算機軟件，按三臺串聯的方式，對三臺等效換熱器進行模擬計算，求取三部分各自的傳熱系數以及壓降，進而獲取換熱管總體的傳熱系數、壓降及面積裕量。

5.根據權利要求4所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，每個區域或與區域對應的等效換熱器的壓降即該區域范圍或等效換熱器內所有單元壓降之和，傳熱系數為該區域范圍或等效換熱器內所有單元傳熱系數根據負荷比例計算的平均值。

6.根據權利要求4所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s3之后，根據計算結果判斷壓降及換熱面積能否滿足裕量要求，若能滿足，則進行s4；若不能，則返回s1，調整結構參數后重新計算。

7.根據權利要求1所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s5中，真空冷凝器的整體壓降包括管束壓降、進口接管壓降、不凝氣出口接管壓降以及變向壓降。

8.根據權利要求1所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s5之后，在確定選型方案的基礎上對換熱管進行局部優化，進行加設旁路擋板以及增加不布管區的局部優化措施。

9.根據權利要求1所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s2中，布置換熱管時充分考慮管程布置，使管程介質與殼體內流動介質之間全逆流。

10.根據權利要求1所述的真空冷凝器的設計方法，其特征在于，在步驟s2中，管程介質流向與殼體內流動介質流向垂直。

技術總結
本發明公開一種真空冷凝器的設計方法，涉及換熱設備領域，包括以下步驟：S1：根據設計參數初步確定真空冷凝器結構參數；S2：根據結構參數完成初步的換熱管布置圖；S3：通過等效換熱器的方式，利用計算機軟件進行工藝及水力學計算，確定傳熱系數、換熱面積、管束壓降、進口接管壓降及不凝氣出口接管壓降；S4：計算介質轉向處的變向壓降；S5：計算真空冷凝器整體壓降，若滿足需求，則確定選型方案；若不能滿足，則返回S1重新設計；S6：確定最終方案；本發明中數據準確度高，結構參數的優化效果好，不僅能改進真空冷凝器結構、減小真空冷凝器體積、提高真空冷凝器計算準確度，同時還有利于抽真空系統的整體優化，減少設備投資以及降低運行能耗。

技術研發人員：韓軍,陳悅,孫文浩,李景磊
受保護的技術使用者：北京廣廈環能科技股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28