列管式换热器的设计

总结
➢ 通过对列管式换热器的设计初步掌 握其设计的基本方法与程序，并了解该 类换热设备的结构原理,最后用CAD软 件绘制设备图。 ➢ 本次设计的重点是计算与核算部分 ，其计算结果要与文献中固定管板式换 热器的基本参数进行对照使其满足换热 器的规格。很多参数都需要查询相关文 献。
列管式换热器的设计
2020/8/18
设计意义
换热器是化工、石油、制冷、食品、动力等 其他许多工业部门中广泛使用的热量交换设备。 伴随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高， 换热器的投资比例将进一步大。
换热器是合理利用与节约现有能源、开发新 能源的关键设备、将生产过程中产生的热能充分 利用，对降低全厂能耗和提高企业经济效益和社 会效益有着重大的现实意义
➢ 物料均为无腐蚀性介质，故该固定管板式换热器的管程与壳程均 选碳钢材料
➢ 根据国际常用规格选用换热管直径25*2.5mm ➢ 单管程设计，传热管过长，根据国家传热管长度的规定，选取
6000mm的传热管，双管程设计 ➢ 采用组合排列法，每程内按正三角形排列，隔板两侧采用正方形
排列，目的是安排隔板 ➢ 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，取
第一部分 工艺条件与结构的选择 第二部分 换热器的化工计算 第三部分 换热器的核算 第四部分 总结与绘图
工艺条件与结构的选择
➢ 该换热器使用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到 这一因素，估计换热器的壁温和壳体温度之差较大，初步选带膨 胀节的固定管板式换热器
➢ 由于循环冷却水较易结垢，以便于水垢清洗循环水走管程，油品 走壳程
排列方式
间距mm
裕度%
壳程 煤油 0.3 6000 825 0.154 1 140/40 508 0.000172 2869.3 碳钢
96 正三角形 150 1.33
管长mm 折流板数/块 切口高度25%
6000 39
设计简图
1.拉杆 2.定距管 3.折流板 4.传热管 5.支座 6.膨胀节 7.壳体 8.封头 9.排液管
设计任务
将6000kg/h的煤油从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0.4MP.
循环水入口温度30℃， 出口温度40℃。
试设计一台列管式换热器，完成该任务。
设计思路
采用试差法，初步假定传热系数，确定合适 的换热器类型并进行有关的计算与核算，最后确 定设备的结构尺寸，并通过与固定管板式换热器 的基本参数进行对照，确定该换热器的结构尺寸 能满足要求并能完成换热任务。
4-1 换热器操作允许压降△P
换热器操作压力P（Pa）
允许压降△P
<105
0.1P
0-105
0.5P
>105
>5×104Pa
管程、壳程流动阻力在许可的范围内<10KPa
计算结果
换热器类型：固定管板式
换热面积（m2）：45.2
工艺参数
名称
物料名称
操作压力MPa
流量kg/h
流体密度kg/m3
流速m/s
程数
操作温度
对流给热系数W/ m2.K
污垢系数m2.K/W
阻力降Pa
推荐使用材料
传热量kW
总传热系数W/ m2.K
管子规格
25х2.5
管距mm
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折流板排列
上下
壳体内径mm
400
管程 循环水 0.4 32353 994 0.599 2 30/40 3160 0.000344 7543.2 碳钢 366.7 336 管数
对数平均温差矫正系数
工艺结构计算
传热管数
传热管长度
管心距 横过管中心线的管数 壳体内径 折流板数 接管内直径
传热面积裕度在安全系数范围10%-25%内
热量核算
壳程给热系数（克恩公式）
当量直径 壳程流通截面积 管程对流给热系数 管程流通截面积 总传热系数 传热面积 面积裕度
流动阻力
管程流动阻力
壳程流动阻力
折流板间距0.3D，上下排列 ➢ 根据常用流速选择与热阻大小选取：壳程油品流速1.0m/s，管程
循环水的流速去1.6m/s
传热过程动态模拟
物性参数
估算传热面积
热流量:366.7 平均传热温差:39
冷却水用量:32353
估算传热面积 平均传热温差矫正
取较小的K值，假设K=230所估算 的传热面积为40.9平方米