管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力 。根据传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器 结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重 新计算。计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。 核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18设计条件数据
钠离子交换器操作程 序步骤
钠离子交换器操作程序步骤 1、供水工艺流程 1.1软化水处理流程 软水制备水源为厂区生产新水，来自厂区供水管网的生产新水，首先进入新水储水池，由水泵加压经自清洗过滤器过滤后，供钠离子交换器进行软化处理，钠离子交换器制备的软化水进入软水储水池，由软水供水泵组加压供软水用户使用。 2、再生工艺流程 2.1、开机前的准备工作： 检查钠离子交换器的各阀门处于关闭状态，新水池水位在3.0米以上，反洗水泵、运行水泵、盐液泵水泵处于正常状态，盐过滤器检查无故障，稀盐池具备充足合格的盐水，储盐库备有充足的工业盐。 2.2、当钠离子交换器出水水质不合格后，钠离子交换器内部树脂交换能力降低，此时需停止运行，进行反洗再生： 2.2.1：小反洗（反洗压脂层） 操作步骤： ①开启反洗水泵，检查水泵运转正常后缓慢开启中排进水阀门（A），打开排空阀门(C)，待排空阀门有水正常流出后予以关闭，逐步打开反洗出水阀门（B）, 控制进水流量为10-15m3/h左右,注意观察仪表读数,注意观察树脂在第三视窗范围内波动，反洗时间约5-10分钟左右，检查反洗排水无杂质、污物后停止反洗，关闭中排进水阀门（A）及反洗出水阀门（B）；在反洗过程
中注意不能从反洗排水门中发现树脂，发现树脂后及时调整反洗水量避免跑树脂。 ②进盐液： 将工业盐按照比例（1吨盐和8方水）使其在在浓盐池中充分溶解，开启浓盐池底部的连通阀，将浓盐水放入稀盐池内，将稀盐池内的盐液浓度控制在10.5-11.5％，检查盐过滤器的出水阀门、进水阀门处于开启状态，开启盐液泵向盐计量箱补充再生液盐水。 检查盐喷射器进水阀门处于关闭状态，开启反洗水泵检查水泵运转正常，缓慢开启盐喷射器的进水阀门控制喷射液的流量为15-20 m3/h,再生液的浓度在4-5％，开启进盐水阀门（D）,开启中排排水阀门(E)，进盐液一段时间后从中排排水管取样处(尚未安装)取样化验排水的总硬度，当排水的总硬度值与进水的总硬度值接近时，此时可判断树脂再生完毕，停止盐液泵运行；继续通过盐喷射器向钠离子交换器内部进清水10m3左右，停止反洗水泵运行，关闭交换器进盐水阀门（D）、中排排水阀（E）。 ③小正洗： 检查各方面无异常后开启运行水泵，检查水泵运行正常，开启运行进水阀门（F），排空阀门（C），待排空阀门有水正常流出后予以关闭，开启中排排水阀门（E），开始小正洗，排水流量为30 m3/h，时间约5-10分钟后无白色泡沫流出，关闭中排排污阀门（E）。 ④大正洗： 在小正洗的基础上开启正洗排污阀门(G)继续进行正洗操作，时间约15-20分钟，排水流量为85-95m3/h，化验出水的硬度，当出水硬度小于3mg/L停止正洗，投入设备的运行。
结构设计 管箱设计 参照标准GB151-2014 壳体内径DN=450mm，材料为Q235,许用应力[δ]=125Mpa,壳体厚度δ=8mm，采用卷制。 接管 管程接管：Ф159×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。 壳程接管：Ф219×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。 管板 固定管板材料为Q235 Pg=1.6Mpa，厚度b=40mm。 具体尺寸(:mm) DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 450 565 530 500 447 487 450 18 螺栓规格数量 b f b P s P t M16 24 30 40 0.6 1.0
折流板 选取弓形折流板，上下缺口，材料Q235，缺口高度h=112.5mm，板间距l s =237.5mm, 进出口板间距L s,i =l s,o =260mm，厚度δ=6mm，外径D b=446.5mm，折流板数目9，经 计算换热与结构均符合要求。 拉杆 材料为Q235，选用Ф=16的拉杆4根，具体位置及装配方式见装配图，一端与管板采用螺纹连接，另一端用螺母固定在折流板上。 封头 选用材料为16Mn的椭圆形标准封头，取壁厚8mm。 H=137 h=25 D i =450 分程隔板 选用材料Q235，厚度为8mm,宽450mm，长489mm，一端为和封头形状相同的圆冠，另一端为平面，分程隔板焊于管箱内。 支座(JB-T4712.1-2007） DN450 120包角焊制，单筋，带垫板 L 1 b 1 δ 1 δ 2 b 3 δ 3 弧长 b 4 δ 4 e L 2 420 120 8 8 96 8 540 200 6 48 290
热交换器的选型和设计指南
目录 1 概述 (1) 2 换热器的分类及结构特点。 (1) 3 换热器的类型选择 (2) 4 无相变物流换热器的选择 (11) 5 冷凝器的选择 (13) 6 蒸发器的选择 (14) 7 换热器的合理压力降 (17) 8 工艺条件中温度的选用 (18) 9 管壳式换热器接管位置的选取 (19) 10 结构参数的选取 (19) 11 管壳式换热器的设计要点 (23) 12 空冷器的设计要点 (32) 13 空冷器设计基础数据 (35)
1 概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。 2 换热器的分类及结构特点。 表 2－1 换热器的结构分类
3 换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: 1) 热负荷及流量大小 2) 流体的性质 3) 温度、压力及允许压降的范围 4) 对清洗、维修的要求 5) 设备结构、材料、尺寸、重量 6) 价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 3.1管壳式换热器 管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa，温度可以从-100°C以下到 1100°C高温。此外，它还具有容量
列管式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。根据 传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换 热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 ◎初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式， 重新计算。 ◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排 列。◎计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计 算，直到合理为止。 ◎核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ◎计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的 计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18 设计条件数据 物料流量 kg/h 组成（含乙醇量） mol% 温度℃操作压力 MPa 进口出口 釜液 3.31450.9
钠离子交换器的运行操作 1 适用范围 本规程规定了集输泵站钠离子交换器的操作步骤。 本规程适用于集输泵站钠离子交换器投运前的检查、投运的操作。 2 操作内容 2.1投运前的检查 2.1.1 正确穿戴劳保用品，并进行危害辨识和风险分析，落实必要的风险削减措施。 2.1.2检查盐罐中盐水的浓度，应在8﹪左右。 2.1.3水压保持在0.25MPa，若水压较低，需按照泵类设备的操作规程启运补水泵。 2.2投运 2.2.1反洗（又称逆洗） 2.2.1.1开启反洗进水阀和反洗排水阀，关闭其余阀门。 2.2.1.2反洗时间为的15～20min，直至排出的水澄清。 2.2.2再生 2.2.2.1开启再生液控制阀、底部排污阀、顶部排气阀。 2.2.2.2 启动盐水泵，由交换器的上部进入，然后从下部排出。 2.2.2.3排出的再生液浓度接近8﹪左右时，关闭底部排污阀，继续加注再生液。 2.2.2.4顶部排气阀有再生液流出时将其关闭，交换器压力达到0.2MPa时，停盐水泵，关闭再生液控制阀，进行置换。 2.2.3正洗 2.2. 3.1开启正洗阀和底部排污阀进行正洗。
2.2. 3.2正洗时间30～40min，以取样化验水质符合标准为止，水质合格后，关闭正洗阀、排污阀。 2.2.4运行 2.2.4.1开启运行阀和软化水出水阀，关闭其余阀门。 2.2.4.2根据生水的硬度来调整水的流速，硬度越大，流速应相应降低。 2.2.4.3 每2h化验一次软化水出水水质，若水质接近超标时，立即停止运行，再次进行处理操作。 3 注意事项 3.1水压保持恒定，防止冲出树脂。 3.2保证水、电正常运行，若停水、电时，需立即关闭进水阀门，切断电源。
热交换器设计计算 一、基本参数 管板与管箱法兰、壳程圆筒纸之间的连接方式为e 型 热交换器公称直径DN600，即D i =600mm 换热管规格φ38?2，L 0=3000mm 换热管根数n=92 管箱法兰采用整体非标法兰 管箱法兰/壳体法兰外直径D f =760mm 螺柱孔中心圆直径D b =715mm 壳体法兰密封面尺寸D 4=653mm 二、受压元件材料及数据 以下数据查自GB 150.2—2011； 管板、法兰材料：16Mn 锻件 NB/T 47008—2010 管板设计温度取 10℃ 查表9，在设计温度100℃下管板材料的许用应力： =t r σ][178Mpa （δ≤100mm ） 查表B.13，在设计温度100℃壳体/管箱法兰/管板材料的弹性模量： Mpa 197000 E E E p f f ===’’’ 壳程圆筒材料：Q345R GB 713 壳程圆筒的设计温度为壳程设计温度 查表2，在设计温度100℃下壳程圆筒材料的许用应力： =t c σ][189Mpa （3mm ＜δ≤16mm ） 查表B.13，在设计温度10℃下壳程圆筒材料的弹性模量Mpa 197000E s = 查表B.14在金属温度20℃~80℃范围内，壳程圆筒材料平均线膨胀系数： ℃） （α??=mm /mm 10137.15-s 管程圆筒材料：Q345R GB 713 管程圆筒的设计温度为壳程设计温度 按GB/T 151—2014 中7.4.6.1规定，管箱圆筒材料弹性模量，当管箱法兰采用长颈对焊法兰时，取管箱法兰的材料弹性模量，即Mpa 197000E h = 换热管材料：20号碳素钢管 GB 9948 换热管设计温度取100℃ 查表6，在设计温度100℃下换热管材料的许用应力Mpa 147σ][t t =（δ≤16mm ） 查表B.3，设计温度100℃下换热管材料的屈服强度Mpa 220R t eL =（δ≤16mm ）
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 表2—1 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 （10）计算管数 N T （11）校核管内流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径 D和壳程挡板形式及数量等 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3 2.4估算传热面积 2.4.1热流量
全自动软水器（钠离子交换器）操作规程 一．工作原理 1．水的硬度主要是由钙，镁离子构成，当含有硬度的原水通过软水器内树脂层时，水中的钙镁离子被树脂交换吸附，同时等物质量释放出钠离子。从软水器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。 2．当树脂吸收一定量的钙镁离子后，就必须进行再生，再生过程就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子再置换出来，随再生废液排出罐外，树脂就又恢复了软化交换的能力。二．运行前准备： 1.软化设备运行前应检查电源,水源是否正常，设备管道无渗漏。 2.盐箱内应加满大颗粒盐，以保证下一还原周期再生所用的盐量。 3.调整进水与出水之间的压差值为0.1MPa。进出水阀门的开度应 保持在恒定开启状态。 4.每三个月定期对盐箱清洗一次。 三．手动再生操作： 1．反洗：10—15分钟； 按动Extra Cycle键后，即开始再生（此前，加满盐箱盐粒，将 水加至空气止回阀顶部。）硬水从入水口进入装置，经过下活 塞进入中心管。从下布水器流出进入树脂罐，再由下至上流向 树脂罐的顶部，经过上活塞槽从排污口排出。
2．再生慢洗：20—60分钟； 按动Extra Cycle键,进入吸盐与慢洗。硬水从入水口进入装置,经过下活塞槽，通过射流器的喷嘴和喷管从盐箱吸盐，盐水通过树脂罐进入下布水器，到达中心管的顶部，经过活塞的中心孔从排污口排出。 3．正洗(快洗).10---20分钟； 按动Extra Cycle键,进入正洗.(快洗)。硬水从入水口进入装置,流经下活塞槽,通过树脂罐的顶部流入罐内,进入下布水器,通过活塞中间孔从排污口排出。 4．盐箱注水:11—20分钟； 按动Extra Cycle键，硬水从入水口进入装置，流经下活塞槽，通过射流管，盐阀和流量控制器注入盐箱，硬水也流过下活塞槽，通过树脂罐顶流入罐内，进入下布水器，此时软水流过中心管再从出水管流出。 5．返回工作状态： 按动Extra Cycle键，控制器返回工作状态，将各进水,出水,旁通阀门调至工作状态。 手动再生完成后，取样分析水质合格后即可进入工作状态，软水器自动进行运行和再生的每一步骤。 四．锅炉用水水质标准：
绪论 1. 2.热交换器的分类： 1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等 2）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式，逆流式，错流式，混流式 4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式 恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。 过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。 第一章 1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。 2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。 4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。 5.P（定义式P12） 物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。 6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。（定义式P12） 7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。 （P22 例1.1） 8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。 9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmaxε表示，即ε=Q/Qmax。意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。 10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。 11.带翅片的管束，在管外侧流过的气体被限制在肋片之间形成各自独立的通道，在垂直于 流动方向上（横向）不能自由运动，也就不可能自身进行混合，
热交换器设计 在采用一体化布置的高温气冷堆中，为了使预应力混凝土压力容器体积不致过大，蒸汽发生器应尽量紧凑，严格限制受热面空间布置，并要求其具有较高的功率密度。因此，一体化布置的高温气冷反应堆主要选用直流型多头螺旋管式蒸汽发生器。 本文从实际工程设计出发，对多头螺旋管式蒸汽发生器的设计进行了研究，提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法，推荐了螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式。根据所提出设计方法和螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式对260MW蒸汽发生器进行了设计计算。 由于螺旋管具有占地面积小、传热系数大、结构紧凑、易于清洗、污垢热阻小等优点，不仅在核反应堆，而且在直流锅炉、急冷锅炉、各种石油化工设备中的换热器，热交换器都有相当广泛的应用。因此本文得到的结果不仅适用于高温气冷反应堆的蒸汽发生器，而且适用于各种工业设备中的螺旋管式换热器和螺旋管式热交换器。 - I -
- II - 主要符号表 英 文 字 母 pf c 液体比热，W /kg ℃； D 螺旋直径，m ； c D 中心柱直径，m ； d D 套筒直径，m ； d 管子外径，m ； i d 管子内径，m ； aeff n i F F F ,, 所示的修正系数，无因次； G 质量流速，kg/sm 2； H 管束高度，m ； h 螺旋管导程，m ； mac h 对流放热系数，W/m 2℃； mic h 核沸腾放热系数，W/m 2℃； f K 液体的导热系数，W/m ℃； L 螺旋管长度，m ； M 头数，个； Nu 努塞尔特数，无因次； g Nu 汽相努塞尔特数，无因次； n 轴向方向管子排数，个； w g ,Pr 管壁温度确定的汽相pr 数，无因次； Pr 普朗特数，无因次； Re 雷诺数，无因次；
换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热 已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定 首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算 管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值 一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。
表1 油水物性参数表 水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中 油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。 实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算
换热器设计指南 1总贝!I i.i目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1. 2范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号 (版次)的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999钢制压力容器 GB151-1999管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers ------- JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社(2002) 换热器设计手册——中国石化出版社(2004) 换热器设计手册——化学工业出版社(2002) Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ---------- SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection -------- HEVRON COP. (1989)
HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers ------- TOTAL (2002) 管壳式换热器工程规定——SEI (2005) 2设计基础 2. 1传热过程名词定义 2.1.1无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化一液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相，热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2换热器的术语及分类 2.2.1术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器； 位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分；
热交换器原理与设计 题型：填空20％名词解释（包含换热器型号表示法）20％ 简答10％计算（4题）50％ 0 绪论 ?热交换器：将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) ?热交换器的分类：按照热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式、逆流式、错流式、混流式 ?按照传热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) 1 热交换器计算的基本原理（计算题） ?热容量（W＝Mc）：表示流体的温度每改变1℃时所需的热量?温度效率（P）：冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) ?传热有效度（ε）：实际传热量Q与最大可能传热量Q max之比 2 管壳式热交换器 ?管程：流体从管内空间流过的流径。壳程：流体从管外空间流过的流径。 ?<1-2>型换热器：壳程数为1，管程数为2 ?卧式和立式管壳式换热器型号表示法（P43）(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])
记：前端管箱型式:A——平盖管箱B——封头管箱 壳体型式:E——单程壳体 F——具有纵向隔板的双程壳体 H——双分流 后盖结构型式:P——填料函式浮头 S——钩圈式浮头 U——U 形管束 ?管子在管板上的固定：胀管法和焊接法 ?管子在管板上的排列：等边三角形排列（或称正六边形排列）法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) ?管壳式热交换器的基本构造：⑴管板⑵分程隔板⑶纵向隔板、折流板、支持板⑷挡板和旁路挡板⑸防冲板 ?产生流动阻力的原因：①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。 ?热交换器中的流动阻力：摩擦阻力和局部阻力 ?管壳式热交换器的管程阻力：沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力 ?管程、壳程内流体的选择的基本原则：（P74） 管程流过的流体：容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。(2013-
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)
1、钠离子交换器的操作： （1）操作步骤 操作钠离子交换器时，第一个周期可按大反洗→再生→小反洗→放水→正洗→软化六步程序操作。或按再生→小反洗→放水→正洗→软化五步程序操作。 （2）交换器的操作 1）大反洗。大反洗的主要作用是疏松离子交换剂，为均匀地再生创造条件，大反洗的压力为0.5Mpa，时间10～15min。 2）再生。再生的主要作用是恢复失效离子交换剂的交换能力。再生时，应严格按设备主要性能及规格尺寸表中的数据，即再生食盐的耗量、体积、时间和浓度进行操作，其中，再生时间可以大于或等于上述时间而不得小于上述数据。如果再生时间比给定时间小得多，就会发生乱层，造成交换器出力不足或出力质量恶劣。 3）小反洗。小反洗的主要作用是促进再生和洗去离子交换层中的再生杂物。小反洗时，其流速与再生时的速度相同，压力为0.2～ 0.3Mpa。当小反洗出水的波美比重达到零时，延长小反洗时间10～20min，即可转入正洗程序的操作。如果反洗得好，将会大大地缩短正洗时间。 4）放水。放水是在对多台软化设备调试经验总结的基础上新增加的下一步操作程序，其主要作用是将大反洗、再生、小反洗三步程序中托起的交换剂层由成床（即托起）状态落回大反洗前的状态，即落床。目的是为了制造离子交换剂上部的“水垫层”，从而避免、缓解正洗水直接穿透离子交换剂层，否则，因无水垫层正洗水会直接穿透交换剂层。洗不净的那部分离子交换剂不仅不参加交换，还减少出力，以及影响出水质量。 5）正洗。正洗的主要作用是洗净小反洗时留下的再生产物，为投入软化运行创造良好的条件。正洗的压力为0.5～1Mpa。正洗水自上而下通过离子交换剂层，从软化器的底部流出排入地沟。 6）、软化。软化的主要作用是将水中的钙、镁离子全部或大部分与钠离子进行交换反应，软化运行的压力大于0.5MPa。软化程序运行的好坏标志有三个：出水量、连续运行时间、出水质量（或残留硬度）。只要前五步按规定进行操作，其软化水质量就可达到理想的目的。 2、氯化物的测定（硝酸银容量法）。 （1）概要： 在PH=7的中性溶液中，氯化物与硝酸银作用生成白色的氯化银沉淀，过量的硝酸银与氯酸钾作用生成红色氯酸银沉淀，终点呈橙色。 （2）试剂： 1）硝酸银标准溶液1mL； 2）10%氯酸钾指示剂； 3）1%酚酞（乙醇溶液）； 4）0.1NNaOH； 5）0.1NH2SO4。 （3）测定方法： 1）量取100mL水样，注入锥形瓶中，加2～3滴酚酞指示剂，若显红色，即用硫酸标准溶液中和至无色；若不显红色，则用0.1NNaOH溶液滴至微红色，再用硫酸标准溶液中和至无色。 2）加入10%的铬酸钾指示剂10滴，摇匀，用硝酸银标准溶液滴定，至溶液显示橙色，硝酸银消耗体积为amL，同时取蒸馏水，按上述方法做空白试验，记录消耗硝酸银的体积为bmL。 氯化物含量按下式进行计算： C1= ×1000 式中：a —滴定水样时硝酸银的消耗量，mL； b —滴入硝酸银的体积，mL； 1.0 —硝酸银的浓度，T=1； V —水样的体积，mL； 注意事项： 当水样中氯含量大于100mL/L时，应减少水样体积。软化水、自来水一般取100mL；炉水取50mL，甚至更少一些；回水正常情况下取100mL，污染以后取mL，甚至更少一些。 3、碱度的测定（容量法）。
钠离子交换器操作程序步骤 1、供水工艺流程 软化水处理流程 软水制备水源为厂区生产新水，来自厂区供水管网的生产新水，首先进入新水储水池，由水泵加压经自清洗过滤器过滤后，供钠离子交换器进行软化处理，钠离子交换器制备的软化水进入软水储水池，由软水供水泵组加压供软水用户使用。 2、再生工艺流程 、开机前的准备工作： 检查钠离子交换器的各阀门处于关闭状态，新水池水位在3.0米以上，反洗水泵、运行水泵、盐液泵水泵处于正常状态，盐过滤器检查无故障，稀盐池具备充足合格的盐水，储盐库备有充足的工业盐。 、当钠离子交换器出水水质不合格后，钠离子交换器内部树脂交换能力降低，此时需停止运行，进行反洗再生： 2.2.1：小反洗（反洗压脂层） 操作步骤： ①开启反洗水泵，检查水泵运转正常后缓慢开启中排进水阀门（A），打开排空阀门(C)，待排空阀门有水正常流出后予以关闭，逐步打开反洗出水阀门（B）, 控制进水流量为10-15m3/h左右,注意观察仪表读数,注意观察树脂在第三视窗范围内波动，反洗时间约5-10分钟左右，检查反洗排水无杂质、污物后停止反洗，关闭中排进水阀门（A）及反洗出水阀门（B）；在反洗过程中注意不能从反洗排水门中发现树脂，发现树脂后及时调整反洗水量避免跑树
脂。 ②进盐液： 将工业盐按照比例（1吨盐和8方水）使其在在浓盐池中充分溶解，开启浓盐池底部的连通阀，将浓盐水放入稀盐池内，将稀盐池内的盐液浓度控制在，检查盐过滤器的出水阀门、进水阀门处于开启状态，开启盐液泵向盐计量箱补充再生液盐水。 检查盐喷射器进水阀门处于关闭状态，开启反洗水泵检查水泵运转正常，缓慢开启盐喷射器的进水阀门控制喷射液的流量为15-20 m3/h,再生液的浓度在4-5％，开启进盐水阀门（D）,开启中排排水阀门(E)，进盐液一段时间后从中排排水管取样处(尚未安装)取样化验排水的总硬度，当排水的总硬度值与进水的总硬度值接近时，此时可判断树脂再生完毕，停止盐液泵运行；继续通过盐喷射器向钠离子交换器内部进清水10m3左右，停止反洗水泵运行，关闭交换器进盐水阀门（D）、中排排水阀（E）。 ③小正洗： 检查各方面无异常后开启运行水泵，检查水泵运行正常，开启运行进水阀门（F），排空阀门（C），待排空阀门有水正常流出后予以关闭，开启中排排水阀门（E），开始小正洗，排水流量为30 m3/h，时间约5-10分钟后无白色泡沫流出，关闭中排排污阀门（E）。 ④大正洗： 在小正洗的基础上开启正洗排污阀门(G)继续进行正洗操作，时间约15-20分钟，排水流量为85-95m3/h，化验出水的硬度，当出水硬度小于3mg/L停止正洗，投入设备的运行。 ⑤运行：
2、设计方案的选择 2．1换热器型式的选择 在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器，故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。 列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝，进口温度为76℃，出口温度为45。冷却介质为水，入口温度为24℃，出口温度为36℃，两流体的温度差不是很大，再根据概述中各种类型的换热器的叙述，综合以上可以选用固定管板式换热器。 2．2流体流速的选择 流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速，可加大对流传热系数，减少污垢的形成，使总传热系数增大；但同时使流动阻力加大，动力消耗增多；选择高流速，使管子的数目减小，对一定换热面积，不得不采用较长的管子或增加程数，管子太长不利于清洗，单程变为多程使平均传热温差下降。因此，一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范围，可供设计时参考。选择流速时，应尽可能避免在层流下流动。 表1 管壳式换热器中常用的流速范围 流体的种类一般流体易结垢液体气体 流速，m/s 管程0.5 ~3.0 > 1.0 5.0 ~30 壳程0.2 ~1.5 > 0.5 3.0 ~15 表2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速 液体粘度，mPa·s > 1500 1500 ~500 500 ~100 100 ~35 35 ~ 1 < 1 最大流速，m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 表3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度 液体名称乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮 安全允许速度，m/s < 1 < 2 ~3 < 10 由于使用的冷却介质是井水，比较容易结垢，乙醇则不易结垢。水和乙醇的粘度都较小，参考以上三个表格数据可以初步选定管程流速为0.9m/s，壳程流速为7m/s。 2．3流体出口温度的确定 冷却介质水的入口温度24℃，出口温度为36℃，故，可以求得水的定性温度为：Tm=30℃ 热流体乙醇在饱和温度下冷凝，故可以确定入口温度和出口温度相同，故乙醇的定性温度Tm=60.5℃。
进水装置 在交换器上部设有进水装置使水能均匀分布。 （2）中排装置 中排装置设置在阳（阴）树脂和压脂层的分界面上，用于排泄再生时酸（碱）废液和进小反洗水，型式为DN500-600型中排为双母管式：DN800- DN320（型为支管母管式，管上开小孔，管外包覆塑料窗纱及60 目尼龙网各一层。材料均为 1Cr18Ni9Ti 。 （3）排水装置 DN1200及以下设备采用多孔板上装设宝塔式ABS型滤水帽，DN1500及以上设备有多孔板上装滤帽和砂垫层两种形式，多孔板材按设备规格不同而异，DN500- DN600型用硬聚氯乙烯制作，DN800- DN3200型采用钢衬胶。另外，在交换器下部排水帽出，树脂面处及最大反洗膨胀高度处各设视镜一个，用以观察体内工况。筒体上部设树脂输入口，在筒体下部近多孔板处设树脂卸出口。树脂的输入和卸出均可采用水力输送。 四、使用方法 （1 ）树脂处理 树脂在未装进交换器之前，首先应进行筛选，再用8?10%勺NaCI溶液浸泡 20小时，放掉食盐水，用水冲洗树脂，自至出水不呈黄色为止。或用5%的HCI 溶液浸泡2?4 小时，放掉酸液后，用水冲洗树脂至排水接近中性为止。将树脂装入设备到规定高度，树脂装好后进行一次反冲洗。 （2）运行 设备内须保持一定高度勺水垫层，以防止进水直接冲击树脂层上勺压脂层。投入运行前必须进行正洗，打开进水阀（D1）和排气阀，当水已满时关闭排气阀，打开正洗排水阀（D5），至水质合格再转入运行，即关闭正洗排水阀（D5），打开出水阀（D2）。 （3）再生 当出水水质超过指标或产生了一定体积勺脱盐水后，离子交换器需进行再生，再生勺步骤如下： （a）小反洗：再生前应对中间排液管上面勺压脂层进行小反洗，洗去运行时积聚在压脂层和中间排液装置上的污物，即打开小反洗进水阀（D7）和反洗排水 阀（D4,反洗流速一般为5?10米/时，时间约15分钟。小反洗结束后，关闭小反洗进水阀（D7及反洗排水阀（D4）。 （b）进再生液：打开再生液阀（D6）及中间排液阀（D8）,再生液由低部进入，废
操作规程编号：YTO-FS-PD906 离子交换器操作规程及保养通用版 In Order T o Standardize The Management Of Daily Behavior, The Activities And T asks Are Controlled By The Determined Terms, So As T o Achieve The Effect Of Safe Production And Reduce Hidden Dangers. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
离子交换器操作规程及保养通用版 使用提示：本操作规程文件可用于工作中为规范日常行为与作业运行过程的管理，通过对确定的条款对活动和任务实施控制,使活动和任务在受控状态，从而达到安全生产和减少隐患的效果。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 操作规程 1.操作人员经考试合格取得操作证，方准进行操作，操作者应熟悉本机的性能、结构等，并要遵守安全和交接班制度。 2.检查电源接线、电器装置、给水泵、盐泵或水射器、计量仪表等是否正常。 3.检查各水池水位及池中是否有硬质杂物落进，检查各阀门的启闭状态是否正确。 4.缓慢开启软水器下部的进水阀，开启上部的软水出同，将经过澄清、过滤等项处理(视水质而定，或不经预处理)的低孩度原水，自下而上以一定的流速和压力泵入(或注入)离子交换器，流速和压力根据树脂层高度和原水硬度而定一般在交换过程中，以树脂底部水垫层保持在100mm 左右为宜。经软化的水流入软化水箱待用。 5.在交换过程中，要经常测定软水硬度，当出水硬度超过0.04毫克当最/升时，即应停止交换，进行再生。 6.再生时，关闭进水阀和软水出口阀，待树脂降落稳定