列管式换热器的选型和计算19页PPT

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。

管程流体进口温度t1℃出口温度t2 ℃定性温度℃流量W1 kg/h比热CP1 KJ/(kg·K)黏度Pa·s导热系数W/(m·K)密度kg/m3热负荷KW按逆流计算的传热温差ΔT ℃计算温度校正系数PR查图求得温度校正系数Φ实际的传热温差ΔT ℃初选总传热系数K W/(m2·℃）换热面积 m2参照换热面积选取列管换热器结构参数壳体直径 mm列管数（根）列管外径 mm列管内径 mm列管长度 mm管间距 mm折流板间距 mm列管材质及导热系数 W/(m·K)设计的换热面积 m2结垢校正因子，对DN25管子取为1.4，对DN19管子取为1.5管程数串联的壳程数管子排列方式对压降的校正因子，正三角形为0.5，正方形斜转45度为0.4，正方形为0.3管程流体被加热取0.4，被冷却取0.3壳程流体被加热取0.4，被冷却取0.3管壁内侧表面污垢热阻（m2·℃）/K管壁外侧表面污垢热阻（m2·℃）/K换热管壁厚 mm换热管平均直径 mm采用此传热面积下的总传热系数 W/(m2·℃）冷却水壳程流体蒸汽凝液28进口温度T1 ℃18038出口温度T2 ℃6033定性温度℃120 244341流量W2 kg/h200004.174比热CP2 KJ/(kg·K) 4.250.0008黏度Pa·s0.000240.6176导热系数W/(m·K)0.685995.7密度kg/m3943.1 2832.99815热负荷KW2833.33333373.820987160.065789474120.966.43888844100042.6457064560024525203000321504555.81.4110.50.40.30.00020.00022.522.5764.2599722（1）核算压力降①管程压强降管程流通面积 m20.07693管程流速 m/s0.886073 Re22056.58取管壁粗糙度 mm0.1相对粗糙度0.005查图求得摩擦系数0.032直管中压力降 Pa1876.199回弯管压力降 Pa1172.625壳程总压力降 Pa4268.353②壳程压强降管子正三角形排列时，横过管束中心线的管子数17.21772折流板数19壳程流通面积 m20.025434壳程流速 m/s0.231613 Re22753.57壳程流体摩擦系数0.507648流体横过管束的压力降 Pa2211.017流体流过折流板缺口的压强降 Pa1441.878壳程总压力降 Pa3652.896（2)核算总传热系数①管程对流传热系数查表得 Pr 5.4 Nu134.746管程对流传热系数 W/(m2·℃)4160.956②壳程对流传热系数查表得 Pr 1.43 Nu78.33724壳程对流传热系数 W/(m2·℃)2146.44③总传热系数总传热系数k W/(m2·℃）782.4556此换热器安全系数 % 2.380818。

列管式换热器的选用与设计原则与列管式换热器的设计计算换热器的设计即是通过传热过程计算确定经济合理的传热面积以及换热器的结构尺寸，以完成生产工艺中所要求的传热任务。

换热器的选用也是根据生产任务，计算所需的传热面积，选择合适的换热器。

由于参与换热流体特性的不同，换热设备结构特点的差异，因此为了适应生产工艺的实际需要，设计或选用换热器时需要考虑多方面的因素，进行一系列的选择，并通过比较才能设计或选用出经济上合理和技术上可行的换热器。

本节将以列管式换热器为例，说明换热器选用或设计时需要考虑的问题。

一、流体通道的选择流体通道的选择可参考以下原则进行：1．不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便于清洗管子；2．腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，而且管内也便于检修和清洗；3．高压流体宜走管程，以免壳体受压，并且可节省壳体金属的消耗量；4．饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排出冷凝液，且蒸汽较洁净，不易污染壳程；5．被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体散热，增强冷却效果；6．有毒流体宜走管程，以减少流体泄漏；7．粘度较大或流量较小的流体宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流体流向和流速不断改变，在很低的雷诺数（Re<100）下即可达到湍流，可提高对流传热系数。

但是有时在动力设备允许的条件下，将上述流体通入多管程中也可得到较高的对流传热系数。

在选择流体通道时，以上各点常常不能兼顾，在实际选择时应抓住主要矛盾。

如首先要考虑流体的压力、腐蚀性和清洗等要求，然后再校核对流传热系数和阻力系数等，以便作出合理的选择。

二、流体流速的选择换热器中流体流速的增加，可使对流传热系数增加，有利于减少污垢在管子表面沉积的可能性，即降低污垢热阻，使总传热系数增大。

然而流速的增加又使流体流动阻力增大，动力消耗增大。

因此，适宜的流体流速需通过技术经济核算来确定。

充分利用系统动力设备的允许压降来提高流速是换热器设计的一个重要原则。

在选择流体流速时，除了经济核算以外，还应考虑换热器结构上的要求。

列管式换热器选型在实际设计选型中，往往是已知高温流体与低温流体的两侧进出口温度，在做工艺设计选型时，需要考虑的是有尽可能小的换热面积下，有尽可能大的换热速率，以及较低的设备造价及施工费。

另外，在操作运行及维护清洗较方便的前提下考虑换热器的设计选型5 h3 A1 T, j3 G1、管壳式换热器是最常用的普通结构，它包括：固定管板式换热器、U型管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。

,w7 x, o) E4 }: A固定管板式换热器具有结构简单、重量轻、造价低等优点；缺点就是由于热膨胀而引起管子拉弯。

U型管壳式换热器就是克服此缺点将管子作成“ U”型，- 端固定另一端活动，使得换热器不受膨胀的影响，结构较简单，重量轻，其缺点是不能机械清洗、管子不便拆换、单位容量及单位质量的传热量低，适用于温差大、管内流体介质比较干净的场合。

! B8 U- P% R7 p% @; d: |$ L H& | v带膨胀节式换热器可解决膨胀问题，用膨胀接头的结构，故适用温差大的流体和高压流体，因为可将接头拆下来进行清洗，所以可处理易结垢流体，而对低压气体则不适宜，但其缺点就是制造复杂。

+ | t1 S* iO N& ~. WO v7 g 浮头式管壳换热器，其浮头不与外壳相连，可自由伸缩，这样既解决了热膨胀的问题，也方便清洗，检修时可将管芯抽出即可。

* a. ZO k- ~7 H& H 对于固定管板、列管、套管式换热器每一外壳容积为1m3 时，其传热面积约为30〜40m3。

对U型管壳式换热器、浮头式换热器每一外壳容积为1m3时，其传热面积为70m2左右。

)P9 T; a) J9 D- D" H: Y2、板式换热器，由于板式换热器的传热面上可以压出凹凸形排液槽，在较3000 低的雷诺数条件下既可出现紊流状态，故换热系数较高，一般可达5000Kcal/m2.h. C,与同样流速下的管壳式换热器相比，此值约为管壳式换热器的传热系数的3〜5倍，虽然，这时板式换热器的阻力会大一些，如在同样耗功的条件下相比，则板式换热器的放热系数比管壳式的高一倍左右。