热交换器的选型和设计指南
1 概述 (1)
2 换热器的分类及结构特点。 (1)
3 换热器的类型选择 (2)
4 无相变物流换热器的选择 (11)
5 冷凝器的选择 (13)
6 蒸发器的选择 (14)
7 换热器的合理压力降 (17)
8 工艺条件中温度的选用 (18)
9 管壳式换热器接管位置的选取 (19)
10 结构参数的选取 (19)
11 管壳式换热器的设计要点 (23)
12 空冷器的设计要点 (32)
13 空冷器设计基础数据 (35)
1 概述
本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。
2 换热器的分类及结构特点。
表 2－1 换热器的结构分类
3 换热器的类型选择
换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。
因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有:
1) 热负荷及流量大小
2) 流体的性质
3) 温度、压力及允许压降的范围
4) 对清洗、维修的要求
5) 设备结构、材料、尺寸、重量
6) 价格、使用安全性和寿命
在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，
对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。
3.1管壳式换热器
管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa，温度可以从-100°C以下到1100°C高温。此外，它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。
3.2特殊型式的换热器
特殊型式的换热器包括有:板式换热器、空冷器、多管式换热器、折流杆式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器和热管换热器等。它们的使用是受设计温度和设计压力限制的。在下图中给出了特殊型式的换热器的适用范围，可供参考。
表 3－1 特殊型式换热器的使用范围
3.3特殊型式的换热管
特殊型式的换热管包括有低翅管、高通量管(UCC)、Thermoexcell-E、C(日立)及槽管等。
3.4常用换热器
下表中概括地描述了常用换热器的型式及应用条件和特点。
表 3－4 换热器的类型及应用
在低温系统中，因不宜采用铝材板翅式换热器，而经常使用蛇管式换热器。纯逆流流动，传热可在两股以上流体间进行高弹性的结构可以克服热应力在高温的气气换热时，可采用不锈钢材料。
当传热面积比较小(10m220 m2 )时，一般选用套管式换热器。流动为纯逆流，制造成本低，维修容易，但是紧凑性较
结构紧凑，易维修。在液液
换热设备中传热系数较高，实
际应用范围广泛。也可于气体
冷却、冷凝或沸腾传热。
≤500
(air temp.:
-60 + 50)
出口温度高于环境温度15°C 20°C或更高时，使用空冷器较为经济。
板翅式换热器通常用于低温过程。其传热性能好、重量轻、结构紧凑，适应性广，可用于单相流动、冷凝器和蒸发器中对高温体系中的气气换热，目前正逐渐使用材质为不锈钢的板翅式换热器。对铝合金制造的板翅式换热器，可利用其低温延展性和抗拉性好的特点，特别适用低温或超低温场合。流动阻力小、体积小、结构紧凑。由于热管可在热流体和冷流体两侧通过增加翅片来扩展受热面，因而大大提高了气
气换热器的传热量，用在气
气换热器中最为有效。
管子表面的翅片可增大换热面
积23倍。与普通管子有着相
同管外径的低翅管经常用作管
壳式换热器的传热管。当壳侧
传热系数低于管侧时，使用低
翅管较为理想。低翅管也同样
可用在冷凝和沸腾传热中。
典型的强化传热管即：高热通
量管(UCC)、Thermoexcell-E
(日立)等。在沸腾传热系数低、温
差小(10°C)的蒸发
器中，经常使用强化传热管。
上述管子均可提高传热系数10
20倍。
典型的强化传热管即：槽管、
Thermoexcell-C(日立)、低翅
管等。使用上述管子均可提高
传热系数25倍。
从上表中可以看出在换热器选型时，我们应同时考虑是否选用特殊型式
的换热器和采用什么样的换热管为好。当然，我们通常一般首先考虑选用管
壳式换热器。另外，认真研究技术规定中的设计要求也是很必要的，而后再
选取能最好发挥其特点的合适的换热器。
3.5管壳式换热器封头和管程数的选取
因管壳式换热器最为常用，下表3－5中给出了其封头选取的一般要求，表3－6，3－7中给出了换热器的管程数限制值。
表 3－5 TEMA 端部型式的选取
污垢系数：m2.°C /W
(1)C：化学清洗；M：机械清洗，包括高压水力喷射清洗。
(2)A：当管侧或壳侧腐蚀裕度为3.0mm时，首选封头型式。
(3)B：常用的、较为经济的封头型式。
(4)只用于管内侧可用高压水喷射清洗的冷却水系统。
(5)一般使用S形型头，除非有特殊要求时选T型封头。
(6)当壳侧污垢系数≤0.00035时,可以使用不可拆端盖。
(7)当壳侧污垢系数≤0.00035并且管侧可用高压水喷射清洗时，T型封头
可使用不可拆端盖。
