2 固定管板式换热器整体结构设计
2.1换热器类型的选择
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和壳体壁温之差较大，因此初步选定带膨胀节的固定管板式换热器。
2.2 换热器内流体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。选用的碳钢管5.225⨯Φ，管内流速取s
m i 5.0=μ。
2.2.1冷热流体物性数据的确定
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： 902
40
140=+=
T ℃
管程流体的定性温度为： 352
40
30=+=
T ℃
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 8250=ρ㎏/m 3
定压比热容 KJ c p 22.20=/（㎏·℃） 导热系数 /140.00W =λ（m ·℃） 粘度 s Pa i ∙=000715.0μ 循环冷却水在35℃下的物性数据如下： 密度 9940=ρ㎏/m 3
定压比热容 KJ c p 08.40=/（㎏·℃） 导热系数 W 626.00=λ/（m ·℃） 粘度 s Pa i ∙=000725.0μ
2.2.2总传热系数的计算
（1）热流量
)(7.3661032.1)40140(22.2600060000kW kJ t c m Q p =⨯=-⨯⨯== （2）平均传热温度 39
30
4040140ln
)
3040()40140(ln '2
121=-----=
∆∆∆-∆=
∆t t t t t ℃
（3）冷却水用量 32353)
3040(08.413200000=-⨯=
∆=
i
pi i t c Q ω（kg/h ）
（4）总传热系数K 管程传热系数： 03670000725
.09945.002.0Re =⨯⨯=
=
i
i
i i u u d ρ
4
.08
.0)
(
)(
023.0i
i
p i
i
i i i
i i u c u u d d λρλα=
4
.08
.0)
626
.06175.208.4(
)13670(020
.0626.0023
.0⨯=
=2731W/（m 2·℃） 壳程传热系数：
假设壳程的传热系数2900=αW/（m 2·℃）
污垢热阻
W C m R si /000344.02
∙= W
C m R so /000344.02
∙=
管壁的导热系数)/(45C m W ︒⋅=λ；
)
/(5.219290
1000172.00225
.045025.00025.0020
.0025.0000344.0020
.02731025.01
1
1
2C m W R d bd d d R d d K s i
i
si
i
i
⋅=+
+⨯⨯+⨯
+⨯=
+
++
+=
αλα
2.3传热面积的计算
)(8.4239
5.21910
7.3662
3
m t K Q S m
=⨯⨯=
∆=
'
考虑15%的面积裕度
)(2.498.4215.115.12
m S S =⨯='⨯=。
2.4工艺结构设计
（1）管径和管内流速
选用5.225⨯φ传热管（碳钢），取管内流速s m u i /5.0=。 （2）管程数和传热管数
依据传热管内径和流速的确定单程传热管数 )(586.575
.002.0785.0)3600994/(323534
2
2
根≈=⨯⨯⨯=
=
u
d V
n i s π
按单程管计算，所需的传热管长度为
)(8.1058
025.014.32.49m n d S
L s
=⨯⨯=
=
π
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。先取传热管长L =6m ，则该换热器管程数为)(26
8.10管程≈==
l L N p
传热管总根数)(116258根=⨯=N （3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数
430
4040140=--=
R
091.030
1403040=--=P
按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R =10的点在图上难以读出，因而相应以1/R 代替R ，PR 代替P ，查同一图线，可得
82.0=∆t ϕ
平均传热温差
)(323982.0C t t m t m
=⨯='∆=∆∆ϕ
（4）传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距 d t 25.1=，则 )(3225.312525.1mm t ≈=⨯=
横过管束中心线的管数
)(1311619.119
.1根===N n c ，其排列形式如图2.1所示。
图2.1 换热管排列形式
（5）壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率7.0=η，则壳体内径为
)(5.4327.0/1163205.1/05.1mm N t D =⨯==η
圆整可取mm D 450=。 （6）折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为
)(5.11245025.0mm h =⨯=，故可取mm
h 110=。
取折流板间距D B 3.0=，则
)(1354503.0mm B =⨯=可取B
为150mm 。
