冷凝器換熱面積計算方法
(製冷量+壓縮機功率)/200~250=冷凝器換熱面
例如：（3SS1-1500壓縮機）CT=40℃：CE=-25℃
製冷量12527W+壓縮機功率11250W
23777/230=氣冷凝器換熱面積103m2
水冷凝器換熱面積與氣冷凝器比例=概算1比18；（103/18）= 6m2
蒸發器的面積根據製冷量（蒸發溫度℃×Δt進氣溫度）
製冷量=溫差×重量/時間×比熱×安全係數
例如：有一個速凍庫1庫溫-35℃，2冷凍量1ton/H、3時間2/H內，4冷凍物品（鮮魚）；5環境溫度27℃；6安全係數1.23
計算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n
可以查壓縮機蒸發溫度CT=40；CE-40℃；製冷量=31266kcal/h
NFB與MC選用
無熔絲開關之選用
考慮:框架容量AF(A)、額定跳脫電流AT(A)、額定電壓(V)，
低電壓配線建議選用標準
(單一壓縮機)
AF 取大於AT 一等級之值.(為接點耐電流的程度若開關會熱表示AF選太小了)
AT(A ) = 電動機額定電流×1 .5 ~2 .5(如保險絲的IC值)
(多台壓縮機)
AT(A )=(最大電動機額定電流×1 .5 ~2 .5)+ 其餘電動機額定電流總和
ＩＣ啟斷容量，能容許故障時的最大短路電流，如果使用ＩＣ：５ｋＡ的斷路器，而遇到１０ｋＡ的短路電流，就無法承受，ＩＣ值愈大則斷路器內部的消弧室愈
大、體積愈大，愈能承受大一點的故障電流，擔保用電安全。要搭配電壓來表示220V 5KA 電壓380V時IC值是2.5KA。
電磁接觸器之選用
考慮使用電壓、控制電壓，連續電流I t h 之大小（亦即接點承受之電流大小），連續電流I th 的估算方式建議為I t h=馬達額定電流×1.25/√3。直接啟動時，電磁接觸器之主接點應選用能啟閉其額定電流之10倍。
額定值通常以電流A、馬力HP或千瓦KW標示，一般皆以三相220V電壓之額定值為準。
電磁接觸器依啟閉電流為
額定電流倍數分為：
(1).AC1級：1.5倍以上，電熱器或電阻性負載用。
(2).AC2B級：4倍以上，繞線式感應電動機起動用。
(3).AC2級：4倍以上，繞線式感應電動機起動、逆相制動、寸動控制用。
(4).AC3級：閉合10倍以上，啟斷8倍以上，感應電動機起動用。
(5).AC4級：閉合12倍以上，啟斷10倍以上，感應電動機起動、逆相制動、寸動控制用。
如士林sp21規格
◎額定容量CNS AC3級3相
220~240V→kW/HP/A：5.5/7.5/24
380~440V→kW/HP/A：11/15/21
壓縮功率計算
一. 有關壓縮機之效率介紹:
1.體積效率(EFF V) :用以表示該壓縮機洩漏或閥門間隙所造成排出的
氣體流量減少與進入壓縮機冷媒因溫度升高造成比體積增加之比值
體積效率(EFF V)=壓縮機實際流量/壓縮機理論流量
體積效率細分可分為二部分
（1）間隙體積效率
ηvc＝V′/ V
V′：實際之進排氣量V ：理論之排氣量
間隙體積效率一般由廠商提供，當壓縮機之壓縮比（PH / PL）增大，即高壓愈高或低壓愈低，則膨脹行程會增長，ηvc減少。
（2）過熱體積效率
ηvs＝v / v′
v：理論上進入汽缸之比體積v′：實際進入汽缸之比體積
當壓縮比愈大時、汽缸溫度愈，冷媒過熱度愈大，比體積也愈大，所以ηvs愈小。
整體的體積效率ηv＝ηvc˙ηvs
2.壓縮效率(EFF C) :用以表示該壓縮機實際壓縮過程與等熵壓縮偏離程度
壓縮效率(EFF C)=壓縮機實際進出口焓差與等熵壓縮進出口焓差比值= (h out,等熵- h in) / (h out,實際- h in)
*若假設等其熵壓縮其壓縮效率就等於1 (冷凍空調全國競賽試題假設了等熵壓縮,其壓縮效率=0.63, 很奇怪)
3.斷熱效率(EFF AD):用以表示如以等熵絕熱壓縮時之機械效率
斷熱效率(EFF AD) =等熵絕熱壓縮冷媒獲得能量/壓縮機所需之制動馬力輸入能量,
壓縮機輸入能量= (h out,等熵- h in) / 壓縮機制動馬力輸入能量
*如壓縮機實際輸入10kw 因某部分消耗在傳動摩擦與馬達磁耗上,真正傳至冷媒可能僅有0.9kw此時斷熱效率(EFF AD)=0.9
4.機械效率(EFF m): 壓縮機進出冷媒時所需要之動力與壓縮機運轉時所需要的制動馬力之比
機械效率(EFF m)=壓縮機實際進出冷媒所需之動力/壓縮機所需之制動馬力輸入能量= (h out,實際- h in) / 壓縮機輸入制動馬力
壓縮機之機械效率:ηm ＝P / Pr
機械效率ηm一般約為0.85 ~0.95，實際運轉為了安全起見，制動馬力應增加10 ~15 % 之安全係數，以應付運轉時冷凍負載之增減。(一般壓縮機內部有電動機與壓縮機構,如60kw的電動機去帶動製冷能力50kw的壓縮機,機械效率ηm=0.83)
*壓縮效率=斷熱效率/機械效率
當假設系統為等熵線壓縮且能量無任何損失，則壓縮效率= 1, 斷熱效率=1 ,機械效率=1，
(1).若壓縮機輸入能量100kw，損失20kw(磁損，摩擦)，但壓縮過程若假設為等熵壓縮(表示損失熱量不會傳至冷媒)，因此80kw全轉成壓縮功(即出入口冷媒焓差)，則壓縮效率= 1, 斷熱效率=0.8, 機械效率=0.8。
(2)如有一壓縮機輸入能量100kw，損失20kw(磁損，摩擦)，但壓縮過程熱量傳至冷媒10kw，
因此有90kw轉成出入口冷媒焓差，則壓縮效率= 0.8/0.9=0.89 , 斷熱效率=0.8, 機械效率=0.9。
二、冷媒循環量
冷媒循環量系冷凍系統內單位時間所流過之質量。公制為kg / hr，英制為
lb/hr。
則理論冷媒循環量(質量流率)
m＝V / v V：m3/hr(壓縮機之體積流率)
v：m3/kg（(壓縮機入口之比體積）
實際冷媒循環量為G′
ms＝ηv ˙G
三、冷凍效果
單位質量冷媒流過蒸發器所吸收之熱量，一般以r為代號，單位為kcal/kg或BTU/lb或KJ/kg 。若進入蒸發器前之冷媒焓熱量為i1，流出蒸發器之冷媒焓熱量為i2，則冷凍效果, r ＝i2 －i1
四、冷凍能力
每小時冷媒流過蒸發器所吸收之熱量
公制為kcal / hr，英制為BTU/hr，SI制為KW。符號一般以R表示，
理論上之冷凍能力;Qe＝m×r
實際上之冷凍能力;Qs＝ms×r。
1,公制冷凍噸: 1 JRT＝3320 kcal/hr ≒3.86 KW
2,美制冷凍噸: 1US RT＝12000 BTU/hr＝3024 kcal/hr＝3.516 KW
現在市面上冷凍能力標示以Kw表示,不易混淆。（1KW＝860 kcal/hr）
五、壓縮機所需之動力
理論上壓縮機所需之壓縮熱為：AWc＝i3－i2 （kcal/kg）
i3：理論上壓縮機出口冷媒之焓
i2：理論上壓縮機入口冷媒之焓
實際上壓縮機所需要的壓縮能量為：AWc′＝i3′－i2′（kcal/kg）
i3′：實際上壓縮機出口冷媒之焓
i2′：實際上壓縮機入口冷媒之焓
壓縮效率ηi＝AWc / AWc′，當縮縮效率等於1, 壓縮效率與體積效率是相等的。
壓縮機所需之動力，以N（kcal/hr）、H（HP、馬力）及P（KW或W）表示
理論上壓縮機所需之動力;N ＝m×AWc
實際上壓縮機所需之動力;N′＝ms×AWc′
而 1 HP＝746 W ＝0.746 KW＝642 kcal/hr; 1 KW＝860 kcal/hr; H＝N/642（HP）;P＝N/860（KW）
六、冷凍循環之性能係數ε（C.O.P）
冷凍循環之冷凍效果/壓縮熱理論ε＝r / AWc ; 實際ε′＝r / AWc ′
七、冷凍機組之能源效率比值(EER)
冷凍機組之冷凍能力R之單位為kcal/hr或BTU/hr，而冷凍機組(含冷凝器與蒸發器風扇)之輸入動力單位為W
EER＝R / P（Kcal/h˙W）
【例一】已知壓縮機之活塞推動量為340m3/hr，若壓縮吸入冷媒之比體積為0.05 m3/kg，試求理論冷媒循環量m。若此壓縮機之體積效率為0.8，試求ms。m＝V/v＝340/0.05＝6800 kg/hr
ms＝mηv＝6800×0.8＝5440 kg/hr
【例二】若此冷凍系統之冷凍效果r為50kcal/kg，試求此冷凍系統理論冷凍能力及實際冷凍能力。
Qe＝m×r＝6800×50＝340000 kcal/h＝340000÷3320＝102.4冷凍噸
Qs ＝ms ×r ＝5440×50＝272000（kcal/h ）＝82冷凍噸
【例三】若進入壓縮機前之冷媒之焓為150kcal/kg ，壓縮機排出口冷媒之焓為158kcal/kg ，試求此壓縮機所需理論馬力。若此壓縮機之壓縮效率為0.75,則此壓縮機實際上所需之制動馬力為多少？ AWc ＝158－150＝8 kcal/kg
N ＝ms ×AWc ＝6800×8＝54400 kcal/h H ＝N/642≒85（HP ） 又AWc ′＝AWc/ηi ＝8/0.75＝10.7
實際上所需之制動馬力N ′＝G ′×AWc ′＝5440×10.7＝58208 kcal/h ＝90（HP ） 【例四】若考慮壓縮機之機械效率及安全係數時，則實際上應選用之馬達容量為何？若 機械效率為0.9，安全係數為10%。 Hr ＝（H ′/ηm ）×1.1＝（90/0.9）×1.1＝110（HP ）
【例五】求此冷凍系統之冷凍循環性能係數，冷凍機之能源效率比值 (EER)。 ε＝r / AWc ＝50/8＝6.25 ε′＝r / AWc ′＝50/10.7＝4.67 εa ＝Qe / N ＝340000/54400＝6.25 εa ′＝Qs/ N ′＝272000/58208＝4.67 EER ＝R ′/P ＝272000/82060 ＝3.3kcal/hr.w
螺旋式冰水主機操作注意事項
.1 壓縮機
冷凍油油位是否滿油視窗
油加熱器加熱是否足夠？
每一手動閥(冷卻水、冰水之出入口閥及冷媒側之進出口關斷閥)是否皆已
開
加卸載電磁閥毛細管是否扭曲破損
馬達線圈與排氣溫度保護開關之接線確實連接且作動正常？
.2 電氣系統
壓縮機之主電源與控制電源之電壓與頻率是否正確？
馬達端子相間與對地之絕緣值是否1 0 M Ω以上？
馬達端子與接地線是否固定確實？
各項控制器之設定值是否正確？
(注意)
開始抽真空後直到冷媒充填完成之前，切勿量測絕緣。
新機冷媒充填完成後絕緣量測至少有5 0 0 MΩ （DC500V）以上，否則應確認是否有抽真空程序不良、冷媒含水量過高、洩漏等因素。
馬達溫度保護接點請以DC9V 量測絕緣，切勿使用高阻計。
3 管路系統
吸排氣端之配件與管路焊接處是否有洩漏？
4 抽真空注意事項
儘可能使用大口徑接管抽真空。
高低壓兩側同時抽真空。
冬天或低溫地區抽真空時，儘可能提高週邊溫度以確保效果。
抽真空期間，絕對不得測量馬達絕緣，可能造成馬達線圈嚴重損壞。
5 運轉中注意事項
啟動後確認轉向，注意吸氣壓力為下降、排氣壓力為上升，否則應立即關機，且變換馬達相序後再開機。
壓縮機運轉過熱度最佳範圍在R - 2 2 / R-1 3 4 a : 5~10℃，R- 4
0 7 C : 8 ~ 1 2
℃，過熱太大或太小皆有不良影響。系統初啟動時可能因負載大而過熱太大，造成壓縮機馬達線圈溫度保護開關作動而停機。
過熱度不足，可能造成轉子液壓縮而損壞壓縮機。並且造成失油狀況，影響潤滑軸承之功能。
在濕度較高地區，壓縮機應用於低溫系統時，電氣接頭如有水份凝結而影響電氣安全時，請於端子接頭加附絕緣絕熱樹脂，以避免因環境露水造成相間電氣短路。
在低環境溫度下運轉，為確保最低壓力差在5 b a r 以上
在冰水回水溫度11℃以上100％負載運轉、11~10℃75％負載運轉、10~9℃50％負載運轉、8℃停機；當冰水回水溫度升高，若設定於9℃壓縮機再次啟動運轉，將造成馬達啟動頻繁、起動/停機間距短、馬達積熱無法完全排除、潤滑循環不充分等惡劣狀況。因此設定壓縮機在12℃以上再次啟動運轉，以避免之。
壓縮機每次到達設定溫度停機前務必以25％負載運轉20~30 秒，確保下次啟動時滑塊在最低負載位置。
運轉壓力(表壓)：最高吸氣壓力R - 2 2( R- 4 07 C ) : 6b ar ；R - 1
3 4 a : 3 b a r .最高排氣壓力R - 2 2 ( R- 4 0 7 C ) : 2 5 b ar ;R
- 1 3 4 a : 1 9 b a r .
容許最高排氣溫度：110℃
停機後須待1 0 分鐘後，才可再行開機。
每小時馬達之啟動次數不得超過六次。
每次開機運轉時間至少五分鐘以上。
電壓範圍：額定電壓±10%
頻率範圍：額定頻率±2%
三相電壓不平衡量：±2 .2 5 %
三相電流不平衡量：±5%
馬達線圈保護跳脫溫度： 1 3 0 ±5℃；復歸溫度: 1 1 0 ±5℃。
排氣高溫保護跳脫溫度： 1 1 0 ±5℃;復歸溫度9 0 ±5℃
三相過電流保護電驛運轉電流可由性能曲線表查得機組允許操作狀態下的
油位開關連續1 5 ~ 3 0 s e c 呈現低油位時，強制壓縮機停機
油壓差保護開關壓差設定1 ~ 1 . 5 b a r
最低運轉高低壓差5 b a r
啟動程序Y-Δ轉換時之電磁接觸器切換時間須控制在4 0ms ec 以下
進相電容壓縮機起動完成後至少0. 5 秒，再連接進相電容。
功因補償上限為0 .9 5。
停機前一秒(至少)，先切離進相電容原則上進相電容僅在運轉中作用。
壓縮機效率說明
＊容積效率: ηv=實際流量÷理論流量=實際壓縮排出的容積÷活塞移動的容積
＊壓縮效率: ηc=壓縮機進出等熵焓差÷壓縮機進出實際焓差＝【等熵效率】＊斷熱效率: ηad=壓縮機進出等熵焓差(kw) ÷壓縮機輸入功率(kw)
＊機械效率: ηm=壓縮機進出實際焓差(kw)/壓縮機輸入功率(kw)
ηc=ηad÷ηm
理想的等熵壓縮ηad＝ηm＝ηad＝1
若輸入功率為100，損耗為20 ηad＝ηm＝0.8 ηc＝0.8÷0.8＝1
若輸入功率100，損耗為20，回傳10 ηad＝0.8 ηm＝0.9 ηc＝0.8÷0.9
滿液式冰水機液位控制
孔口板——液位控制
在冰水12℃/7℃；冷卻水30℃/35℃滿載負荷運轉時，孔口板向蒸發器的供液量與蒸發負荷相剛好匹配。若負載變化時。當壓差大，孔口板供液量比蒸發器負荷需要的液量大，吸氣過熱度降低，易引起液壓縮；當壓差小，蒸發器存液量比蒸發器負荷需要的液量小，吸氣過熱度升高，製冷量降低，COP減小，製冷裝置能耗增大；
在由低負載轉為高負載，蒸發器需量增大，過熱度升高，在由高負載轉為低負載時，蒸發器負荷需量減小，過熱度降低，引起液壓縮，機組滿負載運轉突然停機，蒸發器需量減小75%，短時間蒸發器實際存液量比蒸發器負荷需要的液量大55%，吸氣過熱度急速降低，進而降低排氣過熱度，油分離效果下降，甚至導致壓縮機失油。孔口板要在一定範圍負載變動可自動調節，負載變動極大，一般不宜採用。電子膨脹閥——液位控制
當蒸發器內的液面上下變化時，蒸發器內的液位感測器將液位變動的比例關係用4 -20m A信號傳給液位元控制器, 液位元控制器將信號處理後，隨後輸出指令作用於電子膨脹主閥的步進馬達，使其開度增大、減小，以保持液位在限定的範圍內。電子膨脹閥的步進馬達是根據製冷劑液位變化即時輸出變化的驅動，使閥的開度滿足蒸發器供液量的需求，進而蒸發器的供液量能即時與蒸發負荷相匹配，有效的控制蒸發液位。
直流變頻與交流變頻空調機的簡述
第一代交流變頻空調機—交流變頻壓縮機，風扇是交流的
第二代直流變頻空調機—-直流壓縮機，風扇是交流的
第三代全直流變頻空調機—-直流壓縮機，風扇是直流的
補償法:
1.適用沒有裝分歧閥的管路系統
1.最遠端的閥當參考閥
2.將參考閥調整到設計的流量,調好後就不要再動了
3.調整其他閥的流量,會改變參考閥的流量,此時需配合分歧閥保
持參考閥流量
4.不變,並調妥其他閥流量。
5.需要二人以上操作
方法二:
TA法:
2.適用有裝分歧閥的管路系統
3.啟動水泵
4.分歧閥全開
5.調整各迴路的平衡閥到50%的開度(2.0)
6.清除紀錄8↓4↓2↓
7.歸零
8.連接好高低壓管
9.4↓1↓P0↓M1↓迴路的平衡閥數量4↓1↓NO？↓TYPE SIZE 輸
入流量？↓輸入位置？↓●↓■↓迴路的平衡閥全關↓恢復原位置↓
重複
10.NO？↓TYPE SIZE 輸入流量？↓輸入位置？↓●↓■↓迴路的平衡
閥全關↓恢復原位置↓
11.直到迴路的平衡閥全做完
12.再作分歧閥
13.完畢後會自動計算迴路的平衡閥建議位置
14.再調分歧閥位置直到需求的總水量
15.重新檢測迴路的平衡閥流量是否正確
調整完畢再將數據儲存起來
1.2↓P？↓M？↓NO？↓●↓■↓1↓TYPE SIZE↓輸入位置？
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
列管式换热器设计 第一节推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图。 2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。 5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。 7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。 8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。 9、核算Ｋ。 10、校核平均温度差D。 11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计 1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。
3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。 8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制换热器装配图 五、提出技术要求 六、编写设计说明书 第二节列管式换热器的工艺设计 一、换热终温的确定 换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。 为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据： 1、热端温差（大温差）不小于20℃。 2、冷端温差（小温差）不小于5℃。 3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。 二、平均温差的计算 设计时初算平均温差Dtｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。
传热计算题 1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上，穿一直径为 0.005cm的细导线，用以测定气体的导热系数。当导线以0.5A 的电流时，产生的电压降为0.12V/cm，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。 试求充入管内的气体的导热系数 试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。 2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。015m，外球壳内径为 0.1m，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球用电加热，输入功率为 50w，热量稳定地传向外球，然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求： （1）待测材料的导热系数 （2）外球壁对周围大气的传热系数 3．有一面积为10cm2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为 200℃，空气对保护套的对流传热系数为60w/m2.k，该保护套的黑度为 0.8，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。并叙述减小测量误差的途径。已知 Stefan-Bohzman常数σ=5.67×10-9w/m2k 。4．用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。换热器的管束由32根长 3m 的Ф25×3mm 的钢管组成。壳程为120℃的饱和蒸汽。料液总流量为20m3/h，按相等流量分配到两个换热器中作湍流流动，由 25℃加热到 80℃。蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃，管壁及污垢热阻可不记，热损失为零，料液比热为 4.1KJ/kg.℃，密度为 1000kg/m3。试求： （1）管壁对料液的对流传热系数 （2）料液总流量不变，将两个换热器串联，料液加热程度有何变化？ （3）此时蒸汽用量有无变化？若有变化为原来的多少倍？ （两者情况下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变） 5．某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为 170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。空气走管程，其入口温度t1=30℃，流量为4500kg/h 假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为C P=1.005KJ/Kg.K，ρ=1.06Kg/m3，μ=20.1×10-3cp ,λ=0.029w/m.k。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算： N u=0.02R e0.8。 （1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h) （2）若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)。 （3）试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两种方式下总传热能力的比值 Q串/ Q并。 6．现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根Ф57×3.5mm钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸汽，空气入口温度为30℃，流量为 2.5kg/s ，以湍流方式通过管内。 （1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38w/m2℃，求空气的出口温度t2(℃)
冷凝器換熱面積計算方法 (製冷量+壓縮機功率)/200~250=冷凝器換熱面 例如：（3SS1-1500壓縮機）CT=40℃：CE=-25℃ 製冷量12527W+壓縮機功率11250W 23777/230=氣冷凝器換熱面積103m2 水冷凝器換熱面積與氣冷凝器比例=概算1比18；（103/18）= 6m2 蒸發器的面積根據製冷量（蒸發溫度℃×Δt進氣溫度） 製冷量=溫差×重量/時間×比熱×安全係數 例如：有一個速凍庫1庫溫-35℃，2冷凍量1ton/H、3時間2/H內，4冷凍物品（鮮魚）；5環境溫度27℃； 6安全係數1.23 計算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n 可以查壓縮機蒸發溫度CT=40；CE-40℃；製冷量=31266kcal/h NFB與MC選用 無熔絲開關之選用 考慮:框架容量AF(A)、額定跳脫電流AT(A)、額定電壓(V)， 低電壓配線建議選用標準 (單一壓縮機) AF 取大於AT 一等級之值.(為接點耐電流的程度若開關會熱表示AF選太小了) AT(A ) = 電動機額定電流×1 .5 ~2 .5(如保險絲的IC值) (多台壓縮機) AT(A )=(最大電動機額定電流×1 .5 ~2 .5)+ 其餘電動機額定電流總和 ＩＣ啟斷容量，能容許故障時的最大短路電流，如果使用ＩＣ：５ｋＡ的斷路器，而遇到１０ｋＡ的短路電流，就無法承受，ＩＣ值愈大則斷路器內部的消弧室愈大、體積愈大，愈能承受大一點的故障電流，擔保用電安全。要搭配電壓來表示220V 5KA 電壓380V時IC值是2.5KA。
電磁接觸器之選用 考慮使用電壓、控制電壓，連續電流I t h 之大小（亦即接點承受之電流大小），連續電流I th 的估算方式建議為I t h=馬達額定電流×1.25/√ 3。 直接啟動時，電磁接觸器之主接點應選用能啟閉其額定電流之10倍。 額定值通常以電流A、馬力HP或千瓦KW標示，一般皆以三相220V電壓之額定值為準。 電磁接觸器依啟閉電流為額定電流倍數分為： (1).AC1級：1.5倍以上，電熱器或電阻性負載用。 (2).AC2B級：4倍以上，繞線式感應電動機起動用。 (3).AC2級：4倍以上，繞線式感應電動機起動、逆相制動、寸動控制用。 (4).AC3級：閉合10倍以上，啟斷8倍以上，感應電動機起動用。 (5).AC4級：閉合12倍以上，啟斷10倍以上，感應電動機起動、逆相制動、寸動控制用。 如士林sp21規格 ◎額定容量CNS AC3級 3相 220~240V→kW/HP/A：5.5/7.5/24 380~440V→kW/HP/A：11/15/21 壓縮功率計算 一. 有關壓縮機之效率介紹: 1.體積效率(EFF V) :用以表示該壓縮機洩漏或閥門間隙所造成排出的氣體流量 減少與進入壓縮機冷媒因溫度升高造成比體積增加之比值 體積效率(EFF V)=壓縮機實際流量/壓縮機理論流量 體積效率細分可分為二部分 （1）間隙體積效率 ηvc＝V′ / V V′：實際之進排氣量 V ：理論之排氣量 間隙體積效率一般由廠商提供，當壓縮機之壓縮比（PH / PL）增大，即高壓愈高或低壓愈低，則膨脹行程會增長，ηvc減少。 （2）過熱體積效率 ηvs＝v / v′
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
冷凝器换热面积计算方法 (制冷量+压缩机功率)/200~250=冷凝器换热面 例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃ 制冷量12527W+压缩机功率11250W 23777/230=气冷凝器换热面积103m2 水冷凝器换热面积与气冷凝器比例=概算1比18；（103/18）= 6m2 蒸发器的面积根据制冷量（蒸发温度℃×Δt进气温度） 制冷量=温差×重量/时间×比热×安全系数 例如：有一个速冻库1库温-35℃，2冷冻量1ton/H、3时间2/H内，4冷冻物品（鲜鱼）；5环境温度27℃； 6安全系数1.23 计算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n 可以查压缩机蒸发温度CT=40；CE-40℃；制冷量=31266kcal/h NFB与MC选用 无熔丝开关之选用 考虑:框架容量AF(A)、额定跳脱电流AT(A)、额定电压(V)， 低电压配线建议选用标准 (单一压缩机) AF 取大于AT 一等级之值.(为接点耐电流的程度若开关会热表示AF选太小了) AT(A ) = 电动机额定电流×1 .5 ~2 .5(如保险丝的IC值) (多台压缩机) AT(A )=(最大电动机额定电流×1 .5 ~2 .5)+ 其余电动机额定电流总和 ＩＣ启断容量，能容许故障时的最大短路电流，如果使用ＩＣ：５ｋＡ的断路器，而遇到１０ｋＡ的短路电流，就无法承受，ＩＣ值愈大则断路器内部的消弧室愈大、体积愈大，愈能承受大一点的故障电流，担保用电安全。要搭配电压来表示220V 5KA 电压380V时IC值是2.5KA。
电磁接触器之选用 考虑使用电压、控制电压，連续电流I t h 之大小（亦即接点承受之电流大小），連续电流I th 的估算方式建议为I t h=马达额定电流×1.25/√ 3。 直接启动时，电磁接触器之主接点应选用能启闭其额定电流之10倍。 额定值通常以电流A、马力HP或千瓦KW标示，一般皆以三相220V电压之额定值为准。 电磁接触器依启闭电流为额定电流倍数分为： (1).AC1级：1.5倍以上，电热器或电阻性负载用。 (2).AC2B级：4倍以上，绕线式感应电动机起动用。 (3).AC2级：4倍以上，绕线式感应电动机起动、逆相制动、寸动控制用。 (4).AC3级：闭合10倍以上，启断8倍以上，感应电动机起动用。 (5).AC4级：闭合12倍以上，启断10倍以上，感应电动机起动、逆相制动、寸动控制用。 如士林sp21规格 ◎额定容量CNS AC3级 3相 220~240V→kW/HP/A：5.5/7.5/24 380~440V→kW/HP/A：11/15/21 压缩功率计算 一. 有关压缩机之效率介绍: 1.体积效率(EFF V) :用以表示该压缩机泄漏或阀门间隙所造成排出的气体流量 减少与进入压缩机冷媒因温度升高造成比体积增加之比值 体积效率(EFF V)=压缩机实际流量/压缩机理论流量 体积效率细分可分为二部分 （1）间隙体积效率 ηvc＝V′ / V V′：实际之进排气量 V ：理论之排气量 间隙体积效率一般由厂商提供，当压缩机之压缩比（PH / PL）增大，即高压愈高或低压愈低，则膨胀行程会增长，ηvc减少。 （2）过热体积效率 ηvs＝v / v′
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
换热面积计算 800KW蒸发器、冷凝器换热面积计算一、800KW蒸发器换热面积: A=Q/(K*?t), ?t=,t-t,/ln(t-t/ t-t) 21c1c2 2A:换热面积m(基于工作介质:水、R22); Q:压缩机制冷量KW，为800KW; K:传热系数，采用波纹状螺纹管取3.4 t为进水温度，为12?; 1 t为出水温度，为7? 2 t为蒸发温度= t-(2-4)?，取t=4? c2c 22经计算A=46.23 m，实际A=A*(1.1-1.15)=51.78 m(取1.12) 计计 二、800KW冷凝器换热面积: A=Q*1.2/(K*?t), ?t=(t-t)/ln(t-t/ t-t) 21c1c2 2A:换热面积m(基于工作介质:水、R22); Q:压缩机制冷量KW，为800KW; K:传热系数，采用波纹状螺纹管取3.14 t为进水温度，为30?; 1 t为出水温度，为35? 2 t为冷凝温度= t+5?，取t=40? c2c 22经计算A=42.46 m，实际A=A*(1.1-1.15)=47.5 m(取1.12) 计计 三、无锡约克公司蒸发器换热面积: 无锡约克公司提供给我司一款直径为650mm，制冷量为967KW， 蒸发温度为5.2?干式蒸发器(基于工作介质:水、R134a)的设计参 数为:采用直径为9.52 mm，壁厚0.8 mm波纹状螺纹管，铜管长度为2446mm，数量为1400根。 采用上述计算公式: 22换热面积A=55.88 m，实际A=A(1.1-1.15)=62.59 m(取1.12) 计计
根据GB151-1999管壳式换热器中3.7.1有关换热面积的解释及计算方法，1400根铜管的外表面积就为换热面积A。 2 A=3.14DL*1400=3.14*0.00952*(2.446-0.05*2)*1400=98.18 m 2(大于62.59 m，满足设计要求) 四、铜管数量的计算: 按江苏萃隆铜业有限公司推荐的行业用铜管材料，蒸发器用 ,12.7*0.85(名义壁厚)波纹状螺纹管;冷凝器用,15.88*0.64(名义壁厚)波纹状螺纹管。 经初步设计二容器均采用3米长铜管，根据GB151-1999管壳式换热器每根铜管的换热面积: 2A=3.14*(12.7/1000)*(3-0.5*2)=0.1156 m 蒸发器 2 A=3.14*(15.88/1000)*(3-0.5*2)=0.1446 m冷凝器 (其中0.5为铜管伸入管板内的长度)。 蒸发器所用铜管数量n=A/ A=51.78/0.1156=448根蒸发器 冷凝器所用铜管数量n=A/ A=47.5/0.1446=329根冷凝器 考虑到铜管在折流板中尚有部分换热面积的损失，同时根据GB151-1999管壳式换热器5.6.3中布管要求，方便布管取蒸发器所用铜管数量为454根，冷凝器所用铜管数量为338根。 ---------------------------------------------------------------精品范文 ------------------------------------------------------------- 精品范文 3 / 4 ---------------------------------------------------------------精品范文 ------------------------------------------------------------- 精品范文
第一部分列管式换热器选型设计计算 一．列管式换热器设计过程中的常见问题 换热器设计的优劣最终要以是否适用、经济、安全、负荷弹性大、操作可靠、检修清洗方便等为考察原则。当这些原则相互矛盾时，应在首先满足基本要求的情况下再考虑一般原则。 1．流体流动空间的选择原则 （1）不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。 （2）腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。（3）压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。 （4）饱和蒸气宜走管间，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。（5）有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。 （6）被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 （7）粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流，可以提高对流传热系数。 （8）对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。 在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾。2．流体流速的选择 根据管内湍流时对流传热系数αi∝u0.8，流速增大，则αi增大，同时污垢热阻R si 减小，利于传热，从而可减少传热面积，节约设备费用；但同时又使压降增大，加大了动力消耗，提高了操作费用。可见应全面分析权衡比较适宜的流速。 （1）所选流速要尽量使流体湍流，有利传热。 （2）所选流速应使管长或程数恰当。管子过长，不便于清洗管内污垢；而管子过短，管程数增加，使结构复杂化，传热温差减少，均会降低传热效果。 （3）粘度大的流体，流速应小些，可按滞流处理。 （4）高密度流体（液体），阻力消耗与传热速率相比一般较小，可适当提高流速。 在我们教材及换热器设计手册中均给了出一些经验数据，以供参考。 3．管子规格及排列情况 （1）管径选择：国内换热器系列标准件中管子规格为Φ25×2.5mm、Φ19×2mm，在再沸器中可采用Φ38×3mm。 （2）管长：以清洗方便和合理使用管材为原则，系列标准件中采用1.5m，2m，3 m和6m四种。 （3）管子排列方法 管子在管板上的排列方法有三种：正三角形，正方形直列和正方形错列（见化工原理下册，天大版，P256，图4-25）。 正三角形排列使用最普遍，在同一管板面积上可以排列较多传热管，管外流体搅动较大，对流传热系数较高，但相应阻力也较大，管间不易清洗；正方形直列便于清洗管外表面，但传热系数较小；正方形错列介于上述两者之间，对流传热系数高于正方形直列。 （4）管中心距t 管子与管板采用胀管法连接t=(1.3-1.5)d o，管子与管板采用焊管法连接t=1.25d o，相邻两管外壁间距不应小于6mm。 4．折流挡板 前面已述常用的有圆缺形和盘环形挡板（见化工原理下册，天大版，P257，图4-27），而又以缺口面积为壳体内截面积25%的圆缺形折板用的最广泛。 折流挡板间距h：h=0.2~1D（壳内径），系列标准件中采用的板间距为：固定管板式有150、300、600mm三种，浮头式有150、200、300、480和600mm五种。 5．流体流动阻力
低压给水加热器设计计算说明书
目录 符号表 (3) 设计任务书 (4) 设计计算过程 (4) 参考文献 (7)
符号表 A——传热面积（m2） ——流量（kg/h） q m L——长度（m） ν——比体积（m3/kg） h——焓（J/kg） K——传热系数[W/（m2? C）] n——传热管数量 Q——换热量 Re——雷诺数 Pr——普朗特数 R——热阻(m2? C/W） t——温度（ C） λ——热导率[W/（m? C）] α——表面传热系数[W/（m2? C）] μ——动力粘度（Pa?s） ρ——密度（kg/m3） ——传热管外径（m） d r ——传热管内经（m） d i D——直径（mm） ——流速（m/s） c t s——管心距（mm） u——汽化潜热kJ/kg F——安全系数 ξ——局部阻力系数
设计任务书 1. 管侧技术参数： 给水流量：q 6 m =80t/h 给水进口温度：t 6 =100 C 给水出口温度: t 9 =120 C 管侧压力：0.5MPa 2.壳侧技术参数 蒸汽压力：0.2MPa 蒸汽入口温度：t 1 =130 C 疏水出口温度：t 5 =120.24 C 3. 设计一台低压给水加热器 设计计算过程 1.由《工程热力学》（第四版，严家騄编著）附表8查得在0.5MPa，100 C状态下水的焓值 h 6=419.36kJ/kg，120 C时水的焓值h 9 =503.97kJ/kg 换热量Q Q=q 6 m （h 9 -h 6 ）=1880.2kJ/s 2. 查GB 151-1999先取锡黄铜铜管管外径d r =19mm，壁厚s=2mm，则d i =d r -2s=15mm 查《轻工化工设备及设计》70页，管程中流速范围是0.5-3.0m/s，选取流速c t =0.95m/s 查《工程热力学》附表7得管侧水的平均比体积 w =0.00105165m3/kg 管子根数n
2.4 列管换热器设计示例 某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 1．确定设计方案 （1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取u i=0.5m/ｓ。 2．确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为(℃) 管程流体的定性温度为(℃) 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90℃下的有关物性数据如下： 密度ρo=825 kg/m3 定压比热容c po=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数λo=0.140 W/(m·℃) 粘度μo=0.000715 Pa·s 循环冷却水在35℃下的物性数据： 密度ρi=994 kg/m3 定压比热容c pi=4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数λi=0.626 W/(m·℃) 粘度μi=0.000725 Pa·s 3．计算总传热系数 （1）热流量 Q o=W o c poΔt o=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW) （2）平均传热温差 (℃) （3）冷却水用量 (kg/h)
冷凝器换热面积计算方法 （制冷量 +压缩机功率）/200~250=冷凝器换热面 例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃ 制冷量12527W+压缩机功率11250W 23777/230=气冷凝器换热面积103m2 水冷凝器换热面积与气冷凝器比例=概算1 比18；（103/18）= 6m2 蒸发器的面积根据制冷量（蒸发温度℃× Δt 进气温度） 制冷量=温差×重量/时间×比热×安全系数例如：有一个速冻库1 库温-35℃，2冷冻量1ton/H、3时间2/H 内，4 冷冻物品（鲜鱼）；5环境温度27℃；6 安全系数1.23 计算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n 可以查压缩机蒸发温度CT=40；CE-40℃；制冷量=31266kcal/h NFB 与MC 选用 无熔丝开关之选用 考虑:框架容量AF（A）、额定跳脱电流AT（A）、额定电压（V），低电压配线建议选用标准 （单一压缩机） AF 取大于AT 一等级之值.（为接点耐电流的程度若开关会热表示AF选太小了） AT（A ） =电动机额定电流×1 .5 ~2 .5（如保险丝的IC 值） （多台压缩机） AT（A ）=（最大电动机额定电流×1 .5 ~2 .5）+其余电动机额定电流总和 ＩＣ启断容量，能容许故障时的最大短路电流，如果使用ＩＣ：５ｋＡ的断路器，而遇到１０ｋＡ的短路电流，就无法承受，ＩＣ值愈大则断路器内部
的消弧室愈大、体积愈大，愈能承受大一点的故障电流，担保用电安全。要搭配电压来表示220V 5KA 电压380V时IC值是2.5KA。 电磁接触器之选用 考虑使用电压、控制电压，連续电流I t h 之大小( 亦即接点承受之电流大小)，連续电流I th 的估算方式建议为I t h=马达额定电流×1.25/√ 3。直接启动时，电磁接触器之主接点应选用能启闭其额定电流之10 倍。额定值通常以电流A、马力HP或千瓦KW标示，一般皆以三相220V 电压之额定值为准。 电磁接触器依启闭电流为额 定电流倍数分为： (1).AC1级：1.5 倍以上，电热器或电阻性负载用。 (2).AC2B级：4 倍以上，绕线式感应电动机起动用。 (3).AC2级：4 倍以上，绕线式感应电动机起动、逆相制动、寸动控制用。 (4).AC3级：闭合10 倍以上，启断8 倍以上，感应电动机起动用。 (5).AC4级：闭合12 倍以上，启断10 倍以上，感应电动机起动、逆相制动、寸动控制用。 如士林sp21 规格 ◎额定容量CNS AC3级3 相 220~240V→kW/HP/A：5.5/7.5/24 380~440V→kW/HP/A：11/15/21 压缩功率计算 一. 有关压缩机之效率介绍: 1.体积效率(EFF V): 用以表示该压缩机泄漏或阀门间隙所造成排出的气体 流量减少与进入压缩机冷媒因温度升高造成比体积增加之比值 体积效率(EFF V)=压缩机实际流量/压缩机理论流量体积效率细分可分为二部分 (1)间隙体积效率 η vc＝V′ / V V′：实际之进排气量V ：理论之排气量间隙体积效率一般由厂商提供，当压
四、列管式换热器的工艺计算 4.1、确定物性参数： 定性温度：可取流体进口温度的平均值 壳程油的定性温度为 T=(140+40)/2=90℃ 管程流体的定性温度为 t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据煤油在定性温度下的物性数据： ρo=825kg/m3 μo=7.15×10-4Pa?S c po=2.22KJ/(Kg?℃) λo=0.14W/(m?℃) 循环冷却水在35℃下的物性数据： ρi=994kg/m3 C pi=4.08KJ/(kg.℃) λi=0.626W/(m.℃) μi=0.000725Pa.s 4.2、计算总传热系数：
4.2.1、热流量 m o=［（15.8×104）×103］/(300×24)=21944Kg/h Q o=m o c po t o=21944× 2.22×(140-40)=4.87×106KJ/h=1353KW 4.2.1.2、平均传热温差 4.2.1.3、冷却水用量 W i=Q o/C piΔt=4.87×106/(4.08×(40-30))=119362 Kg/h 4.2.2、总传热系数K
=0.023×× ×
=4759W/(.℃﹚壳程传热系数：假设壳程的传热系数 污垢热阻
管壁的导热系数λ=45W/﹙m.℃﹚ 则总传热系数K为： 4.3、计算传热面积 S’=Q/(KΔt)= (1353×103)/(310×39)=111.9m2 考虑15%的面积裕度，S=1.15×S’=128.7 m2 4.4、工艺结构尺寸 4.4.1、管径和管内流速 选用φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速μi=1m/s 4.4.2、管程数和传热管数
1）风冷凝器换热面积计算方法 制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃压缩机制冷量=12527W+压缩机电机功率 11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2 2）水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18（103 /18）=6m2 蒸发器的面积根据压缩机制冷量（蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表）。冷库蒸发器匹配计算 一、冷藏库冷风机的匹配： 冷藏库每立方米负荷按W0=75W/m3计算。 1 若V(冷库容积)＜30m3，开门次数较频繁的冷库,如鲜肉库,则乘系数A=1.2； 2 若30m3≤V＜100m3，开门次数较频繁的冷库,如鲜肉库,则乘系数A=1.1； 3 若V≥100m3，开门次数较频繁的冷库,如鲜肉库,则乘系数A=1.0； 4 若为单个冷藏库时，则乘系数B=1.1 最终冷库冷风机选配按W=A*B*W0(W 为冷风机负荷)； 5 冷库制冷机组及冷风机匹配按-10oC蒸发温度计算。 二、冷冻库冷风机的匹配： 每立方米负荷按W0=70W/m3计算。 1 若V(冷库容积)＜30m3，开门次数较频繁的冷库,如鲜肉库,则乘系数A=1.2； 2 若30m3≤V＜100m3，开门次数较频繁的冷库,如鲜肉库,则乘系数A=1.1； 3 若V≥100m3，开门次数较频繁的冷库,如鲜肉库,则乘系数A=1.0； 4 若为单个冷冻库时，则乘系数B=1.1 最终冷库冷风机选配按W=A*B*W0(W 为冷风机负荷) 5 当冷库与低温柜共用制冷机组时，机组及冷风机匹配按-35oC蒸发温度计算。当冷库与低温柜分开时，冷库制冷机组及冷风机匹配按-30oC蒸发温度计算。三、冷库加工间冷风机的匹配： 每立方米负荷按W0=110W/m3计算。 1 若V(加工间容积)＜50m3,则乘系数A=1.1； 2 若V≥50m3，则乘系数A=1.0 最终冷库冷风机选配按W=A*W0(W为冷风机负荷)； 3 当加工间与中温柜共用制冷机组时，机组及冷风机匹配按-10oC蒸发温度计算。 当加工间与中温柜分开时，冷库机组及冷风机匹配按0oC蒸发温度计算。以上计算为参考值，精确计算按冷库负荷计算表。
列管式换热器的设计计算 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换 热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用 多管程以增大流速。 (7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和 流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2. 流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。 此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准； 单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3. 流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。两者是相互矛盾的。一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。缺水地区选用较大的温度 差，水源丰富地区选用较小的温度差。 4. 管子的规格和排列方法 选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm及φ19×mm两种 规格的管子。 管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。系列标准中也采用这四种管长。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。 如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，如第五节中图4－25所示。等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。 管子在管板上排列的间距(指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.5)do，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25do。 5. 管程和壳程数的确定当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体
冷凝器换热面积计算方法 制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面 例如：（3SS1-1500压缩机）CT=40℃：CE=-25℃压缩机制冷量=12527W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2 水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18（103/18）=6m2 蒸发器的面积根据压缩机制冷量（蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表）。 制冷量的计算方法 制冷量=温差×重量/时间×比热×设备维护机构 例如：有一个速冻库 1库温-35℃ 2速冻量1T/H 3时间2/H内 4速冻物质（鲜鱼） 5环境温度27℃ 6设备维护机构保温板 计算：62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266kcal/n 可以查压缩机蒸发温度CT=40CE-40℃制冷量=31266kcal/n 关于R410A和R22翅片管换热器回路数比的探讨晨怡热管(特灵亚洲研发中心上海200001)申广玉2008-6-15 20:10:07 摘要:通过理论计算得出了相同换热量和相同工况下,采用5/16″管径R410A蒸发器(或冷凝器)与采用3/8″管径R22蒸发器(或冷凝器)时回路数的比值,并指出比值是两工质物性差异和盘管的内径及当量摩擦阻力系数差异共同作用的结果。 关键词:R410A;回路数;蒸发器;冷凝器 中图分类号:TQ051 文献标识码: B
1前言 随着人类环保意识的提高,新冷媒技术的发展和应用已成为空调器发展的方向和关注的焦点。目前,国际上一致看好的R22替代物是混合工质R407C和R410A。其中R410A是HFC 32和HFC 125按照50%:50%的质量百分比组成的二元近共沸混合制冷剂,它的温度滑移不超过0.2℃(R407C温度滑移约7℃左右),这给制冷剂的充灌、设备的更换提供了很多方便。另外,由于R410A系统运行的蒸发压力和冷凝压力比R22高60%,所以系统性能对压力损失不敏感,每个回路工质循环流速可以加大,有利于换热器的强化换热,这为提高R410A系统的整体能效创造了有力条件。 正是由于R410A具有上述优点,在R22用量最大的单元式空调和热泵产品中,R410A是其首要的替代品。美国有望在2007年底将R410A产品在单元式空调的应用比例提高到80%,并在2009年底接近100%[1]。 但是R410A和R22物性存在着上述明显差异而不能在原R22系统中直接充注替代使用,应该对新的R410A 系统中的压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构和系统管路等部件重新设计才能达到系统的最佳匹配。本文仅以R410A和R22翅片管蒸发器和冷凝器的回路数相对比进行说明。 2R410A和R22翅片管蒸发器回路数比计算 目前常用的R22换热器一般采用的是3/8″内螺纹管,R410A换热器一般采用的是5/16″内螺纹。无特殊说明,所述的R410A和R22换热器即分别指这两种结构的换热器。 无论采用何种工质,在设计蒸发器时,一般均要保证工质在蒸发器中的饱和温度降ΔT相同,即: