列管式換熱器選型設(shè)計計算

1、第一部分 列管式換熱器選型設(shè)計計算一 列管式換熱器設(shè)計過程中的常見問題 換熱器設(shè)計的優(yōu)劣最終要以是否適用、經(jīng)濟(jì)、安全、負(fù)荷彈性大、操作可靠、檢修清洗方便等為考察原則。當(dāng)這些原則相互矛盾時，應(yīng)在首先滿足基本要求的情況下再考慮一般原則。1 流體流動空間的選擇原則（1） 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因為管內(nèi)清洗比較方便。（2） 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。（3） 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。（4） 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排出冷凝液，且蒸氣較潔凈，它對清洗無要求。（5） 有毒流體宜走管內(nèi)，使泄漏機(jī)會較少。（6） 被冷卻

2、的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。（7） 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由 于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re100）下即可達(dá)到湍流，可以提高對流傳熱系數(shù)。（8） 對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的溫度差較大，對流傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力。在選擇流體流徑時，上述各點常不能同時兼顧，應(yīng)視具體情況抓住主要矛盾。2流體流速的選擇 根據(jù)管內(nèi)湍流時對流傳熱系數(shù)iu0.8，流速增大，則i增大，同時污垢熱阻Rsi減小，利于傳熱，從而可減少傳熱面積，節(jié)約設(shè)備費用；但同時又使壓降增大，加大了動力消耗，

3、提高了操作費用。可見應(yīng)全面分析權(quán)衡比較適宜的流速。（1） 所選流速要盡量使流體湍流，有利傳熱。（2） 所選流速應(yīng)使管長或程數(shù)恰當(dāng)。管子過長，不便于清洗管內(nèi)污垢；而管子過短，管程數(shù)增加，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，傳熱溫差減少，均會降低傳熱效果。（3） 粘度大的流體，流速應(yīng)小些，可按滯流處理。（4） 高密度流體（液體），阻力消耗與傳熱速率相比一般較小，可適當(dāng)提高流速。在我們教材及換熱器設(shè)計手冊中均給了出一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以供參考。3管子規(guī)格及排列情況（1）管徑選擇：國內(nèi)換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)件中管子規(guī)格為252.5mm、192mm，在再沸器中可采用383mm。（2） 管長：以清洗方便和合理使用管材為原則，系列標(biāo)準(zhǔn)件中采用

4、1.5m，2m，3 m和6m四種。（3） 管子排列方法 管子在管板上的排列方法有三種：正三角形，正方形直列和正方形錯列（見化工原理下冊，天大版，P256，圖4-25）。 正三角形排列使用最普遍，在同一管板面積上可以排列較多傳熱管，管外流體攪動較大，對流傳熱系數(shù)較高，但相應(yīng)阻力也較大，管間不易清洗；正方形直列便于清洗管外表面，但傳熱系數(shù)較??；正方形錯列介于上述兩者之間，對流傳熱系數(shù)高于正方形直列。（4）管中心距t 管子與管板采用脹管法連接t=(1.3-1.5)do， 管子與管板采用焊管法連接t=1.25do，相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm。4折流擋板 前面已述常用的有圓缺形和盤環(huán)形擋板（見化工原

5、理下冊，天大版，P257，圖4-27），而又以缺口面積為殼體內(nèi)截面積25%的圓缺形折板用的最廣泛。 折流擋板間距h：h=0.21D（殼內(nèi)徑），系列標(biāo)準(zhǔn)件中采用的板間距為：固定管板式有150、300、600mm三種，浮頭式有150、200、300、480和600mm五種。5流體流動阻力 一般分管程、殼程兩部分。一般對液體，流經(jīng)換熱器壓降104-105Pa，對氣體，壓降為103-104Pa。二選型設(shè)計計算步驟 1試算并初選設(shè)備規(guī)格（1）確定流體在換熱器中的流動途徑：管程及殼程。（2）根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負(fù)荷Q：Q=WhCph(T1-T2)=WcCPC(t2-t1)或Q=Wr（3）確定載熱體種類，進(jìn)、

6、出口溫度，根據(jù)熱量衡算式計算載熱體用量（4）計算冷、熱流體的定性溫度，并確定定性溫度下流體的物性（可列表表示）：、CP、 r等。（5）初算平均溫度差(T-t)m，并根據(jù)溫度校正系數(shù)(t)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)(T-t)m逆=， t=f(P,R)（6）根據(jù)實際操作情況，初選總傳熱系數(shù)K值。（7）根據(jù)傳熱速率方程，初算傳熱面積S需，S需=，按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格，并列出所選設(shè)備的基本參數(shù)（殼徑、公稱壓強(qiáng)、公稱面積、管程數(shù)、管子規(guī)格、管長、管子數(shù)、管子排列方法、管心距、折流擋板形式、折流板數(shù)以及折流板間距等）2校核（1）總傳熱系數(shù)K：A. 管程i：無相變時i=0.023Re0.8PrnB.

7、 殼程o：無相變1） 不裝折流擋板時：以當(dāng)量直徑de代替管內(nèi)徑di，注意de為流動當(dāng)量直徑2）裝折流擋板：若為25%圓缺形擋板Nu=0.36Re0.55Pr1/3 ()0.14或o=0.36()0.55()1/3()0.14應(yīng)用范圍：a)定性溫度：除取壁溫外，其他均取流體進(jìn)、出溫度的算術(shù)平均值。b) Re=21031106c) 當(dāng)量直徑de：若管子為正方形排列，則de=若管子為正三角形排列，則de=式中，t相鄰兩管中心距，m；do 管外徑，md) uo=v/Ao,Ao=HD(1-do/t) 式中，Ao為流體流過管間最大截面積,m2；，H為折板間距，m ；D為換熱器外殼內(nèi)徑，m。e) (/)0.

8、14 近似值：對氣體，可取1.0，對液體被加熱時，取1.05，對液體被冷卻時，取0.95。3) 殼程為蒸汽冷凝時（有相變），則管間不能裝折流擋板，其對流傳熱系數(shù)0按蒸汽冷凝傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計算。a) 確定管程，殼程污垢熱阻Rsi及Rsob) Ko核=（2）平均溫度差： 根據(jù)所選換熱器結(jié)構(gòu)，計算溫差校正系數(shù)t (T-t)m=(T-t)m逆t（3）傳熱面積S校 S校=（4）比較與S校和S設(shè)備 若S設(shè)備/S校=1.101.15，則初選換熱合適。否則需要另設(shè)K值，重復(fù)以上計算。3流體力學(xué)計算：包括管程和殼程（1）管程流體阻力Pi： Pi=(P1+P2)FTNSNP 式中，P1-直管阻力的壓強(qiáng)降,Pa，

9、P1=, Pa P2-回彎管的壓強(qiáng)降,Pa，P2 =，Pa Ft-結(jié)垢校正系數(shù)，252.5mm ，F(xiàn)t=1.4，192mm，F(xiàn)t=1.5 NP,NS-管程數(shù)，殼程數(shù)（或串聯(lián)換熱器個數(shù)）（2） 殼程流體阻力PO 無相變時，PO=(P1/+P2/)FSNS 式中，F(xiàn)S-殼程壓降結(jié)垢校正因數(shù)，液體：FS=1.15；氣體：FS=1.0 NS-殼程數(shù)P1/-流體橫過管束的壓降，Pa，P1/=Ff0nc(NB+1), Pa 式中，F(xiàn)-管子排列對壓降校正因數(shù)，正三角形排列：F=0.5；正方形錯列：F=0.4；正方形直列：F=0.3 f0-殼程流體磨擦系數(shù)，Re0500: nc-橫過管束中心線的管子數(shù)，正三角形排列：nc=1.1;正方形排列nc=1.19;n為總管數(shù). NB