小氮肥设计技术
有关院所开发成功多种型号的低温、中温脱硫剂，西北化工研究院开发成功高温脱硫剂。
４脱硫方法的选择
选择脱硫方法的原则是，在满足生产需要的
前提下，价格尽量便宜。根据不同原料气中硫化物的形态，将不同的脱硫方法进行排列组合，构成不同的脱硫工艺，以达到脱硫效果最佳，运行费用最低。例如煤气和半水煤气中硫的形态主要为Ｈ２Ｓ和ＣＯＳ，传统的方法是采用高温钴钼加氢转化，再用ＺｎＯ精脱。该工艺的缺点是需要高温热源，能耗高，费用高，目前可采用的流程是，湿法脱硫→ＣＯＳ水解→常温精脱工艺。其优点是能耗低、硫容高，与常温ＺｎＯ脱硫相比价格便宜的
多。再如焦炉气中硫成分复杂，可采用湿法脱硫→钴钼加氢转化→锰矿→中温精脱工艺。天然气中若只含有少量的Ｈ２Ｓ及ＲＳＨ，可以单独使用ＺｎＯ脱硫剂。
若含有ＲＳＲＣ４Ｈ４Ｓ等复杂的有机硫化物，则应采用钴钼加氢转化后加ＺｎＯ精脱。如果总硫含量较高，应先用湿法脱硫工艺脱除大部分Ｈ２Ｓ，然后用钴钼加氢转化，再用锰矿脱去大部分的ＲＳＨ，最后用ＺｎＯ精脱。
今后应根据不同工况，不同原料气，不同形态的硫化物和不同的技术要求，开发出更优化的脱硫新工艺，提高脱硫的技术水平，提高经济效益，这也是要研究的大课题。
（收稿日期：２００５－０９－１２）
１概述
管壳式换热器一般有三种结构型式：固定
管板式、浮头式和Ｕ形管式。由于换热器的使用场合、使用目的、换热介质物性等因素的不同，决定了管壳式换热器的结构型式。固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，在外形尺寸相同的条件下，与浮头式和Ｕ形管式换热器相比，换热面积大。由于固定管板式换热器的壳程清洗困难和适应热膨胀能力差，决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁，壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头式换热器应用最广泛，在油田储运集输系统中，６０％～７０％的换热器为浮头式换热器。
Ｕ形管换热器具有良好的密封性能，并具有检
修、清洗方便的特点。对于换热器换热介质工作压力高，管、壳程介质密封要求严的场合，为确保换热器管、壳程的密封，换热器管束的设计一般采用Ｕ形管结构的换热器。
２管壳式换热器的传热计算
在管壳式换热器的设计中，要根据换热器的
工艺条件初步确定换热器的传热系数，以便初步确定换热器的传热面积和结构尺寸。在初步确定换热器结构尺寸的基础上，对换热器的管程换热系数和壳程换热系数进行传热计算；最后进行核算，其中包括壳、管程压力降的核算，管束壁面温度的核算等。经过不断地调整换热器的结构尺寸，直至满足设计要求。下面以常见弓形折流板的管壳式换热器为例，说明管壳式换热器的传热计算。
２．１初步确定换热器的传热面积和结构尺寸换热器的传热面积是由换热器的热负荷、传
管壳式换热器的设计计算
王
新张湘凤
（盘锦职业技术学院
辽宁
盘锦
１２４０１０）（山东省化工规划设计院２５００１３）
摘
要
通过对管壳式换热器传热计算的分析，说明管壳式换热器的结构因素对换热器性能的影响和提高管壳式换热器
性能的途径，为换热器的结构设计，提高换热器的性能提供借鉴和参考。关键词
管壳式换热器
传热计算
结构设计
传热能力
影响
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２００６年第２７卷第２期
６
第２期
热系数和换热器冷、热介质的平均对数温差确定的，换热面积确定后，可以初步确定换热器的结构尺寸。换热器换热面积计算公式如下：
Ａ＝Ｑ
ＫΔｔｍ
式中：Ａ为传热面积，ｍ２；Ｑ为热负荷，Ｗ；Ｋ为传热系数，Ｗ／（ｍ２·Ｋ）；Δｔｍ为平均对数温差，Ｋ。
２．２管程换热系数和壳程换热系数计算
（１）管程换热系数（ｈｉ）。可由下式计算：
ｈｉ＝ｊｋ·ｋｆ
ｄ（Ｃμ
ｋｆ
）１／３·Φ０．１４
式中：ｊｋ为传热因子；ｋｆ为管内换热介质平均温度下的导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；ｄ为换热管内径，ｍ；Ｃ为管内换热介质工作压力下的比热容，Ｊ／（ｋｇ·Ｋ）；μ为管束内换热介质平均温度下的粘度，ｍＰａ·ｓ；Φ为管束内换热介质的粘度校正系数。
（２）壳程换热系数（ｈ０）的计算。可由下式计算：
ｈ０＝ｂ·Ｄ
ｃ
０．６
·
ｋ
０
ｄ
０
·Ｒｅ
０
０．６
·Ｐｒ
０
１
３·Φ０．１４
ｂ为常数；Ｄｃ为换热器壳程当量直径，ｍ；ｄ０为换热器外径，ｍ；ｋ０为壳程内换热介质平均温度下的导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ｒｅ０为壳程内换热介质的雷诺数；Ｐｒ０为壳程换热介质的普朗特数。
通过对换热器管程和壳程换热系数的计算，若ｈｉ＝１．１～１．２ｈ０，说明换热器初步结构设计是合理的。在此基础上，对换热器的管程、壳程压力降、管壁温度等进行核算，如果满足设计要求，说明换热器的设计满足工艺流程要求；反之，需要重新调整换热器的结构，直到满足换热器的工艺流程条件。
２．３换热器传热系数（Ｋ）的计算
管、壳程换热系数都是以换热器传热系数的经验数据为基础的，若换热器传热系数的经验数据与经过理论计算而得到的传热系数相吻合，并且换热器的主要性能参数（如壳、管程的压力降，换热介质的出、入口温度等）满足工艺流程条件，说明换热器的整体设计是合理的，反之，需要重新调整结构尺寸，重新进行设计计算，直至满足设计要求。换热器传热系数（Ｋ）可由下式计算：
１
Ｋ
＝１
ｈ
ｉ
＋１
ｈ
０
＋ｒ
０
＋ｒ
ｉ
＋ｒ
ｍ
式中：ｒ
０
为换热器管束外壁热阻，（ｍ２·Ｋ）／Ｗ；ｒｉ为换热器管束内壁热阻，（ｍ２·Ｋ）／Ｗ；ｒｍ为换热器管束管壁热阻，（ｍ２·Ｋ）／Ｗ。
３管壳式换热器的结构设计对换热器传热能力的影响
换热器的结构设计是否合理，直接影响换热器的传热能力。结构设计对管壳式换热器传热能力的影响主要有四个因素：换热器的设计，管、壳程分程设计，折流板的结构设计，管、壳程的进、出口设计等。
３．１换热器的设计
（１）换热器管形的设计。管子外形有光管、螺纹管。相同条件下，采用螺纹管管束比光管管束能增加换热面积２倍左右。同时，由于螺纹管的螺纹结构能有效破坏流体边界层，有效提高了换热器的传热能力。当壳程介质易结垢时，由于外螺纹管束沿轴向的胀缩作用使换热管外壁的硬垢脱落，具有良好的自洁作用，能够有效防止管束外壁的结垢，减小换热器壳程热阻，提高换热器的传热能力。
（２）换热器管径的设计。由于小直径换热管具有单位体积传热面积大，换热器结构紧凑，金属耗量少，传热系数高的特点，在换热器结构设计中，对于管程介质清洁、不易结垢的介质，采用小管径管束能有效增加换热面积。相同条件下，采用Φ１９ｍｍ管束比采用Φ２５ｍｍ管束能提高传热面积３０％～４０％，节约金属２０％以上。
（３）换热管排列方式的设计。管子的排列方式有等边三角形、正方形和同心圆排列等，对于壳程介质不易结垢或可用化学方法清洗污垢的介质，采用三角形排列可使换热器的外径减小１５％；对于需要机械清洗的管束，管子排列应采用正方形；对于小于３００ｍｍ的换热器，为使管束排列紧凑，可采用同心圆排列。
３．２管、壳程分程设计
（１）管程分程设计。当需要的传热面积很大，换热管长度太长（对卧式换热器管长比壳径比超过６～１０，立式换热器超过４～６时），采用单管程换热器使管程流速很低时，可采用管程分程的办法来提高管程换热介质的流速。因为决定管程介
王新，等：管壳式换热器的设计计算７
