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列管式换热器设计方案计算过程参考
设计换热器的过程一般包括以下几个步骤：确定换热器类型、选择换
热器材质、计算换热面积、计算换热器尺寸、计算流体流量和温度等。
1.确定换热器类型：根据具体的工艺要求、流体性质和换热效率要求，确定使用的换热器类型，如管壳式换热器、管板式换热器、板式换热器等。
2.选择换热器材质：根据流体性质和工艺要求，选择合适的换热器材质，如不锈钢、碳钢、镍及其合金等。
考虑耐腐蚀性、强度和成本等因素。
3.计算换热面积：根据流体的流量、温度和换热传热系数，计算所需
的换热面积。
换热面积的计算可以通过换热器设计软件进行，也可以通过
数学公式计算，例如Q=U*A*(ΔTm)式中的A即为换热面积。
4.计算换热器尺寸：根据换热面积、管子直径和管排布方式，计算换
热器的尺寸，包括换热器的长度、宽度和高度等。
根据需要还可以进行结
构强度校核和模态分析等。
5.计算流体流量和温度：根据工艺要求和热力学计算，确定流体的流
量和温度。
通过质量守恒和能量守恒等原理进行计算，例如根据流体的流
量和温度差，计算冷却液的质量流率和冷却液的温度变化等。
总结起来，设计换热器的过程包括确定换热器类型和材质、计算换热
面积和尺寸，以及计算流体流量和温度等。
根据具体的工艺要求和流体性质，选择合适的设计参数，通过数学计算和换热器设计软件进行计算，最
终得到满足工艺要求的换热器设计方案。
第一章换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。
进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。
换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。
由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。
在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备[1]。
这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。
所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。
同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。
当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[3]。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。
各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。
在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。
2.2 管壳式换热器的结构计算•在换热器设计中，传热计算之后即是结构计算。
•结构计算的任务在于确定设备的主要尺寸，对于管壳式换热器，主要包括：•1）计算管程截面积（管子尺寸、数目及程数，管子排列方式）•2）壳体直径•3）壳程截面积•4）计算进出口连接管尺寸2.2.1 管程流通截面积•基本方程为连续性方程单管程换热器的管程流通截面积为：sm w m kg skg M m A w M A t t t t tt t t //,//32管程流体流速，管程流体密度管程流体质量流量，管程流通截面积，−−−−−−−−=ρρ•管长的选用应考虑管材的合理使用和清洗方便，•目前换热管长度与壳体直径之比一般在4～25，通常为6～10，立式换热器以L/D＝4～6为宜。
•因我国生产的钢管长度多为6m，故系列标准中的管长有1.5，2，3或6m四种，其中以3m和6m最为普遍。
•如果按上式算出管长过长，则需分程。
上，便于制造。
一封头管箱便进出口连接管做在同所以程数宜取偶数，以增加。
使流动阻力数多增加流体转弯次数同时短路机会增加；程管数减少，占据管板过多面积，排程数过多导致分程隔板每程管数每程管长；管程总长；为：于是管子总数＝为：后，管程数管子的长度选为−−−−−−=n ml mL n lL l tt t t t Z n n /Z Z2.2.2壳体直径的确定•换热器壳体内径应等于或稍大于管板直径，通常是根据管径，管数和管子的排列方法，用作图法确定。
当管数较多又要反复计算时，可参考系列标准或通过估算初选外壳直径，待设计完成后再用作图法画出管子的排列图。
为使管子均匀排列，防止流体走“短路”，可以适当增减一定数目的管子或安排一些拉杆。
•初步设计中，可采用下式估算外壳直径：•D S =(b-1)s+2b ′式中：D S ——壳体内径，m ；s——管中心距，m ；b ′——管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离，m ，一般取b ′=(1～1.5)d o ；b ——位于管束中心线上管数，其值可由以下公式计算：管子按等边三角形排列时，b=1.1n t 0.5管子按正方形排列时，b=1.19n t 0.5式中：n t ——换热器的总管数。
管壳（列管）式换热器设计步骤及计算一、列管式换热器设计步骤及计算1.工艺计算——列管式换热器的设计，首先要根据生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热的传热面积，同时选择管径、管长、决定管数、管程数和壳程数。
1.1换热器初步设计①传热量：Q=W.C p.(T1-T2)②有效传热温差：△T、对数平均温差△tm假定换热器的壳程数为1，管程数为NB，计算并查取其温差修正系数F t，则：△T=F t.△tm③根据换热剂性质和工艺条件，设总传热系数K′，所需的换热面积A1.2传热管——因为换热管的换热是依靠传热管构成传热面来进行.所以管子的尺寸、形状对传热有很大影响.同时，管子的大小，管子的排列对清洁污垢非常重要.①通常采用光管或低翅片管，规格为Φ19×2和Φ25×2.5.②传热管根数③确定管子排列方式和管间距a④管子材料由流体化学性质和工艺设计条件如压力、温度等确定1.2 换热器的机械设计1.2.1 壳体直径Di和厚度S的计算1.2.2 壳体材料可根据物料性质、操作压力、温度来确定.#1.2.3 换热器封头的选择采用标准封头，根据JB1154—73选择1.2.4 容器法兰选择根据JB1160—82标准选择1.2.5 管板尺寸由《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》计算、选定. 1.2.6 管子拉脱力的计算对于胀接接头，由于流体压力，及管壳壁温差应力的联合作用，使得在接头处产生使管子与管板有脱离倾向的拉脱力q.若管子与管板为焊接接头，则C不需校核拉脱力.1.2.7 温差应力的计算对于固定管板式换热器，因为温差应力较大，通常需要计算、校核温差应力，进而判断是否需要设置膨胀节.①温差轴向力②温差应力/ σt=F／Atσs=F／As1.2.8 折流板在换热器中设置折流板，可提高壳程内流体的流速和加强湍流强度，从而提高传热效率，是强化传热的一种结构. 常用圆缺形折流板.根据经验，折流板间的间隔不大于壳体内径，最小为壳内径的板间距太大湍流强度会不够，太小则增加了流动阻力.1.3 管、壳程压降的计算根据初定的换热器，计算管、壳程的压降、检验其结果是否合理，否则需要重新调整管程数和折流板间距.1.3.1 壳程压降△Po1.3.2 管程压降△Pi1.4 总传热系数在初步确定换热器的结构和尺寸后，要计算总传热系数K，比较初设的总传热系数K′，当K／K′＝1.5～1.25，则初选的换热器合适，否则需要重复设计.①管程对流传热系数αi可根据管内流体的流型选择相应的计算公式αi=f(Re,Pr)②壳程对流传系数αo. Donohue法: \#③总传热系数对于间壁、污垢层热阻，可视它们对K的影响占5%，所以 2 实例设计2.1 欲用水将流量为60m3／h的苯液从80℃冷至35℃，水入口温度为25℃，若出口温度分别为30℃、35℃、40℃设计相应适宜的换热器.(壳程走苯，管程走水)物性：ρ(kg/m3) Cp(KJ／Kg℃) μ(mPa．s) λ(KJ/m2．℃) 苯：880 1.60 1.15 0.148 水：994 4.187 0.727 0.626设计结果均采用固定管扳式换热器(无需膨胀节)出口温度(℃) 30 35 40Dg(mm) 700 800900S(mm) 7 8 9A(m2)133.6 160 217.9'L(m) 6 6 6N(根) 284 340 463NB(块) 12 17 243 V$ n- d. _9 T) O板间距(m) 0.5 0.35 0.25! e) g7 ]a; z2 O$ ]# I管子(mm) Φ25×2.5 Φ25×2.5 Φ25×2.5; b0 u7 U1 j( u: V9 y& H* J+ C u# ]管子排列正三角正三角正三角管子中心矩(mm) 32 32 32总传热系数(w/m2.t 421 423 4040 k- A3M& ]( w3 }壳程压降(Pa) 4.43×103 2.07×103 1.2×1048 y; V# e+ q: n6 Z管程压降(Pa) 1.55×103 8.45×103 0.41×1033 |( U8 I6 e" ~$ R2.2 讨论从设计结果可看出，冷却水出口温度不同，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为水出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要.3 结论本文提出的换热器的设计，在工艺设计上考虑了传热系数、管壳程压降等对换热器设计的影响，同时在机械设计上进行了部分筒化计算.虽然所列公式繁多，但运用计算机编程计算，将简便易行，能满足设计要求。
管壳式换热器设计实例管壳式换热器是一种常用的热交换设备，它通过将介质在管内和管外进行传热来实现热量的传递。
在实际工程中，管壳式换热器的设计需要考虑多方面的因素，如传热效率、材料选择、结构设计等。
下面将以一个具体的设计实例来介绍管壳式换热器的设计过程。
假设有一个工程项目需要设计一个管壳式换热器来完成热量的传递任务，其中管内介质为蒸汽，管外介质为水。
首先，我们需要确定设计参数，比如换热面积、传热系数、流体流速等。
第二步是根据流量和温度差确定流体流速。
由于我们已经确定了换热面积，可以根据设计条件来确定水和蒸汽的流量。
假设水的流量为2吨/小时，入口温度为50℃，出口温度为60℃。
通过计算可以得到水的平均温差为10℃。
然后，根据蒸汽的流量和温度，可以计算出蒸汽的平均温差。
第三步是根据流速和管道尺寸确定管子的数量和尺寸。
在确定流体流速后，我们可以根据流速和管道的尺寸来计算出所需的管子数量。
通常情况下，管道直径在15-40mm之间，我们可以选择一个合适的尺寸来满足设计要求。
第四步是选择合适的材料和结构。
由于蒸汽是高温高压介质，所以我们需要选择耐高温高压的材料。
常见的材料有不锈钢、碳钢等。
在结构设计上，我们需要保证换热面积最大化、散热效果最好。
在实际工程中，我们可以通过增加换热管的数量、改变流体流动方式等来改善散热效果。
最后，进行热力计算和强度计算。
根据热力计算和强度计算的结果，我们可以确定合适的换热器型号和参数。
同时，我们还需要对管壳式换热器进行实际试验，以验证设计的准确性和可行性。
综上所述，管壳式换热器的设计是一个复杂的过程，涉及多方面的因素。
在实际工程中，我们需要根据具体的项目要求和条件来进行合理的设计，并进行实际试验来验证设计的准确性。
这样才能确保管壳式换热器能够正常运行，并满足工程要求。
