列管式换热器计算

列管式换热器的设计计算

晨怡热管2008-9-49:49:33

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

列管式换热器的设计与计算

设计步骤如下：

第一步：确定换热器的需求

首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。这些参数将在后续的计算中使用。

第二步：选择合适的换热器型号

根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。

第三步：计算表面积

根据流体的热传导计算表面积。换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。根据这个公式，可以计算出所需的表面积。

第四步：确定管子数量和尺寸

根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。

第五步：确定管板和管夹的尺寸

根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。

第六步：确定换热器的材质和厚度 根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。

第七步：校核换热器的强度

对换热器的强度进行校核。根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。

第八步：制定施工方案和图纸

根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。

上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。

首先，需要计算流体的传热系数。传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。

其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。

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。

1 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。