化工設(shè)計說明書

1、化 工 設(shè) 計說 明 書設(shè)計題目： 煤油冷卻器的設(shè)計 設(shè) 計 人： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 二 九 年 六 月 八 日前言化工原理課程設(shè)計是化工原理教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識，完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計結(jié)果、制圖以及計算機(jī)輔助計算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和實事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。化工原理課程設(shè)計是化工原理課程教學(xué)的一個實踐環(huán)節(jié)，是使學(xué)生得到化工設(shè)計的初步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。圍繞以某

2、一典型單元設(shè)備(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸發(fā)器、冷卻器等)的設(shè)計為中心，訓(xùn)練學(xué)生非定型設(shè)備的設(shè)計和定型設(shè)備的選型能力。設(shè)計時數(shù)為3周，其基本內(nèi)容為：(1)設(shè)計方案簡介：對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡要的論述。(2)主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算(含計算機(jī)輔助計算)：物料衡算，能量衡量，工藝參數(shù)的選定，設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算。(3)輔助設(shè)備的選型：典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計算，設(shè)備的規(guī)格、型號的選定。(4)工藝流程圖：以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備與輔助設(shè)備的物料方向，物流量、能流量，主要測量點。(5)主要設(shè)備的工藝條件圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表

3、。(6)設(shè)計說明書的編寫。設(shè)計說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：設(shè)計任務(wù)書，目錄，設(shè)計方案簡介，工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計，輔助設(shè)備的計算和選型，設(shè)計結(jié)果匯總，設(shè)計評述，參考文獻(xiàn)。整個設(shè)計由論述，計算和圖表三個部分組成，論述應(yīng)該條理清晰，觀點明確；計算要求方法正確，誤差小于設(shè)計要求，計算公式和所有數(shù)據(jù)必需注明出處；圖表應(yīng)能簡要表達(dá)計算的結(jié)果。在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問

4、世。完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下基本要求：（1） 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；（2） 結(jié)構(gòu)安全可靠；（3） 便于制造、安裝、操作和維修；（4） 經(jīng)濟(jì)上合理。 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各異。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。目錄設(shè)計任務(wù)書6一 設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計6二 設(shè)計任務(wù)及操作條件6三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算6四 繪制換熱器裝配圖（A1圖紙）6第一章 設(shè)計方案簡介7第一節(jié) 換熱器簡介9一、換熱器概述9二、換熱器的分類9第二節(jié) 列管

5、式換熱器的結(jié)構(gòu)131、管程結(jié)構(gòu)132、殼程結(jié)構(gòu)14第三節(jié) 管程和殼程數(shù)的確定16第四節(jié) 流動空間的選擇17第五節(jié) 流體流速的選擇18第六節(jié) 流動方式的選擇18第七節(jié) 加熱劑、冷卻劑的選擇19第八節(jié) 流體出口溫度的確定19第九節(jié) 材質(zhì)的選擇19第二章 列管式換熱器的設(shè)計計算20第一節(jié) 傳熱計算211、傳熱系數(shù)K212、平均溫度差213、對流傳熱系數(shù)244、污垢熱阻24第二節(jié) 流體流動阻力(壓強(qiáng)降)的計算26第三節(jié) 列管式換熱器的設(shè)計和選用的計算步驟總結(jié)28第三章 換熱器設(shè)計29一、確定設(shè)計方案.29二、確定物性數(shù)據(jù)29四、傳熱面積初值計算30五、管側(cè)傳熱系數(shù)30六、管內(nèi)給熱系數(shù)31七、傳熱核算3

6、1八、殼側(cè)壓力降31九、管側(cè)壓降計算32十、裕度計算33十一、冬季因素考慮33十二、殼程接管39十三、管程接管39第四章 零件計算40第一節(jié) 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計401、壁厚的確定402、封頭40第二節(jié) 管板與換熱管421、管板422、換熱管43第三節(jié) 進(jìn)出口設(shè)計471、接管外伸長度472、接管與筒體、管箱殼體的連接473、排氣、排液管484、接管最小位置49第四節(jié) 殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接511、殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)512、管板與法蘭的連接523、管子與管板的連接54第五節(jié) 折流板或支持板551、折流板型式552、折流板尺寸563、折流板的布置574、支持板575、折流板質(zhì)

7、量計算57第六節(jié) 防沖與導(dǎo)流58第七節(jié) 拉桿與定距管581、拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸582、拉桿的位置593、定距管尺寸59第八節(jié) 防短路結(jié)構(gòu)601、旁路擋板結(jié)構(gòu)尺寸602、假管60第九節(jié) 膨脹節(jié)611、膨脹節(jié)612、膨脹節(jié)計算62第五章 管束振動計算65第一節(jié) 概述651、流動誘發(fā)振動的三種基本情況652、管子最可能破壞的區(qū)段653、破壞機(jī)理654、流動誘發(fā)振動機(jī)理655、橫流下管束動力行為666、流體動力作用力66第二節(jié) 流動誘發(fā)振動機(jī)理671、漩渦分離672、湍流抖振683、彈性不穩(wěn)定性68第三節(jié) 振動分析：691、阻尼穩(wěn)定性理論：692、共振693、橫向載荷校核70第四節(jié) 管束振動計算711、

8、求斯特羅哈數(shù)712、求臨界速度系數(shù)D713、求臨界狀態(tài)時漩渦分離振頻率與管子固有頻率之比714、求臨界狀態(tài)時紊流抖動振頻率與管子固有頻率之比71第六章 流程圖72設(shè)計流程圖72工藝流程圖73第七章 結(jié)語74第八章 致謝75參考文獻(xiàn)76設(shè)計任務(wù)書一 設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計二 設(shè)計任務(wù)及操作條件1 處理能力：10萬噸/年煤油2 設(shè)備形式：列管式換熱器3 操作條件（1） 煤油：入口溫度140，出口溫度40（2） 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度30，出口溫度40（3） 允許壓強(qiáng)降：不大于100kPa（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容

9、2.22kJ/(kg.)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.)（5） 每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算3.1 傳熱計算3.2 管、殼程流體阻力計算3.3管板厚度計算3.4 U形膨脹節(jié)計算3.5 管束振動3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)四 繪制換熱器裝配圖（A1圖紙）參考文獻(xiàn)1 夏清，姚玉英,陳常貴,等. 化工原理M. 天津：天津大學(xué)出版社，20012 華南理工大學(xué)化工原理教研組. 化工過程及設(shè)備設(shè)計M. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，19963 刁玉瑋,王立業(yè). 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第五版）M. 大連：大連理工大學(xué)出版社, 20004 大連理工大學(xué)化工原理教研室化工原

10、理課程設(shè)計M. 大連：大連理工大學(xué)出版社，19965 魏崇光，鄭曉梅. 化工工程制圖M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,19986 婁愛娟,吳志泉. 化工設(shè)計M.上海：華東理工大學(xué)出版社，20027 華東理工大學(xué)機(jī)械制圖教研組. 化工制圖M. 北京：高等教育出版社，19938 王靜康. 化工設(shè)計M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版，19989 傅啟民. 化工設(shè)計M. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，200010 董大勤. 化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,199911 GB 151-1999管殼式換熱器12 JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)13 靳明聰. 換熱器M. 重慶：重慶大學(xué)

11、出版社，199014 蘭州石油機(jī)械研究所. 換熱器M. 北京：烴加工出版社，1986第一章 設(shè)計方案簡介一、 設(shè)計目的課程設(shè)計是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實際性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計，要求學(xué)生能綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進(jìn)行融會貫通的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到化工設(shè)計的主要程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設(shè)計，還可以培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。2、  該設(shè)備的作用及在生產(chǎn)中的應(yīng)用換熱

12、器是實現(xiàn)傳熱過程的基本設(shè)備。而此設(shè)備是比較典型的傳熱設(shè)備，它在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。例如：在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、蒸餾操作中蒸餾釜和冷凝器、化工廠蒸發(fā)設(shè)備的加熱室等。三、工藝流程示意圖飽和水蒸氣應(yīng)從換熱器殼程上方進(jìn)入，冷凝水由殼程下方排出，冷卻水從換熱器下方的入口進(jìn)入，上方的出口排除。4、 說明運用該設(shè)備的理由這種換熱器的特點是殼體和管板直接焊接，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。在同樣的殼體直徑內(nèi)，排管較多。管式換熱器具有易于制造、成本較低、處理能力達(dá)、換熱表面清洗比較方便、可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強(qiáng)、可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點，由于兩管板之間有管子相互持撐，管板得到加強(qiáng)，故在各種列管換熱器中

13、他的管板最薄，其造價比較低，因此得到了廣泛應(yīng)用。5、 設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點該結(jié)構(gòu)能夠快速的降低物料的溫度，工作時熱流體走殼程，冷流體走管程，使接觸面積大大增加，加快了換熱速度。同時，對溫差稍大時可在殼體的適當(dāng)部位焊上補償圈(或稱膨脹節(jié))，通過補償圈發(fā)生彈性變形(拉伸或壓縮)來適應(yīng)外殼和管束不同的膨脹程度。6、 在設(shè)計中遇到的問題的處理在設(shè)計中，在工藝計算過程中，由于選取K0不當(dāng)或其他條件選取不當(dāng)，造成在校核時K0不符合要求。在重新選取K0的同時，改變了其他的條件，如：n，L等，經(jīng)過二次校核達(dá)到了預(yù)期的目的。7、 設(shè)計方案的確定（1）對于列管式換熱器，首先根據(jù)換熱流體的腐蝕性或其它特性選項定其結(jié)構(gòu)材料

14、，然后再根據(jù)所選項材料的加工性能，流體的壓強(qiáng)和溫度、換熱的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、安裝檢修和維護(hù)清洗的要求以及經(jīng)濟(jì)合理性等因素來選項定其型式。設(shè)計所選用的列管換熱器的類型為固定管板式。列管換熱器是較典型的換熱設(shè)備，在工業(yè)中應(yīng)用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強(qiáng)、可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點，故在大型換熱器中占優(yōu)勢。固定管板式列管換熱器的特點是，殼體與管板直接焊接，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，在同樣的殼體直徑內(nèi)排管最多。由于兩管板之間有管板的相互支撐，管板得到加強(qiáng)，故各種列管換熱器中它的管板最薄，造價最低且易清洗。缺點是，管外清洗困難，管壁與殼壁之間

15、溫差大于50時，需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形以降低溫差壓力，使用范圍僅限于管、殼壁的溫差不大于70和殼程流體壓強(qiáng)小于600kpa的場合，否則因膨脹節(jié)過厚，難以伸縮而失去溫差補償作用。（2）工藝流程圖（3）流體流經(jīng)的空間：冷卻水走管程原因有以下幾個方面，冷卻水常常用江水或井水，比較臟硬度較高，受熱容易結(jié)垢，在管內(nèi)便于清理，此外，管內(nèi)流體易于維持高速，可避免懸浮顆粒的沉積。管程可以采用多管程來增大流速，用以提高對流傳熱系數(shù)。被加熱的流體應(yīng)走管程，以提高熱的有效利用，被冷卻的流體走殼程，以便于熱量散失。飽和蒸汽由于比較清潔應(yīng)于殼程流過，易便于冷凝液的排出。綜上所述冷卻水走管程蒸汽走殼程

16、。（4）流體的流動方向選擇：飽和水蒸氣應(yīng)從換熱器殼程上方進(jìn)入，冷凝水從殼程的下方排出，這樣既便于冷凝水的排放，又利于傳熱效率的提高;冷卻水一般從換熱器的下方的入口進(jìn)入,上方的出口排出,可減少冷卻水流動中的死角,以提高傳熱面積的有效利用.故采用逆流.(5)流速的選擇:換熱器內(nèi)流體的流速大小,應(yīng)有經(jīng)濟(jì)衡算來決定.增大器內(nèi)流體的流速,可增強(qiáng)對流傳熱,減少污垢在換熱管表面上沉積的可能性,即降低了污垢的熱阻,使總傳熱系數(shù)增大,從而減少換熱器的傳熱面積和設(shè)備的投資經(jīng)費,但是流速增大,又使流體阻力增大,動力消耗也就增多,從而致使操作費用增加,若流速過大,還會使換熱器產(chǎn)生震動,影響壽命,因此選取合適的流速是十

17、分重要的.(6)冷卻劑及出口溫度的確定:選取水做冷卻劑,它們可以直接取自大自然,不必特別加工.由于本地水源豐富,可以降低傳熱面積,減少設(shè)備費用,故取出口溫度為28.第一節(jié) 換熱器簡介 一、換熱器概述 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。 在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，

18、且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。 二、換熱器的分類 換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于耗能用量大的領(lǐng)域。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來越多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下： 1、換熱器按傳熱原理可分為： 1）間壁式換熱器 間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。因此又稱

19、表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。 2）蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。 3）流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器

20、，多用于空氣分離裝置中。如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。 4）混合式換熱器 混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，冷水塔、氣體冷凝器等。 2、換熱器按用途分為： 1）冷卻器冷卻器是把流體冷卻到必要的溫度，但冷卻流體沒有發(fā)生相的變化。 2）加熱器 加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。 3）預(yù)熱器 預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 4）過熱器 過熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過熱狀態(tài)。 5）蒸發(fā)器 蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點以

21、上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。 下面我們主要介紹列管式換熱器 。 1、 列管式換熱器分類列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器。優(yōu)點：單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。列管式換熱器，按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式

22、換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1500m2，可根據(jù)用戶需要定制。在進(jìn)行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種：浮頭式換熱器、固定式換熱器、U形管換熱器、填料函式換熱器等1）浮頭式換熱器浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外

23、頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與圖1 浮頭式換熱器凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設(shè)多個螺桿均布，設(shè)浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺雙密封，分程隔板與梯型凸臺相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對應(yīng)匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮

24、頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結(jié)構(gòu)必要時可適當(dāng)加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內(nèi)徑，同時相應(yīng)變更加大相關(guān)零部件的尺寸；另配置一無外力輔助鋼圈，其圈體內(nèi)徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設(shè)法蘭與外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設(shè)法蘭或其他結(jié)構(gòu)與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封。浮頭換熱器的特點：浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動，這個特點在現(xiàn)場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高（比固定管板高

25、20%），在運行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。2）固定管板式換熱器固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板圖2 固定管板式換熱器外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口

26、管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50以上時，為

27、安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于6070和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔茫蛻?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。固定管板式換熱器的特點1、 旁路滲流較??；2、 造價低；3、 無內(nèi)漏；4、 固定管板式換熱器的缺點是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。3）U型管式換熱器圖3 U型管換熱器這類換熱器只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。4）填

28、料函式換熱器：這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。 第二節(jié) 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)1、管程結(jié)構(gòu) 換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用和兩種規(guī)格，對一般流體是適應(yīng)的。此外，還有，57×2.5的無縫鋼管和25×2,的耐酸不銹鋼管。按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管

29、子長度。實際所取管長應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長與管徑之比，即L/D約為46。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種（圖4.7.11a，圖4.7.11b）。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn)45°安裝（圖4（3），可在一定程度上提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 圖4 管子在管板上的排列管板固定

30、管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。封頭和管箱封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑的殼體。管箱 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時可采用平蓋，壓力較高時則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時可拆下管箱對管子進(jìn)行清洗或更換。管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)符合以下兩個條件1） 軸向開孔的單管程管箱，開口中心處的最小深度應(yīng)不小于接管內(nèi)直徑的1/3。2） 多管程的內(nèi)側(cè)深度應(yīng)保證兩程之間的最小流通面積不小于每管程換熱管流通面積的1.3倍；當(dāng)

31、操作允許時也可等于換熱管的流通面積。3） 管箱長度還應(yīng)考慮管程進(jìn)出管開孔補強(qiáng)的2B邊緣應(yīng)力影響范圍,如果緊挨殼程進(jìn)出管,還應(yīng)考慮裝卸螺栓螺母,這點新手特別容易忽視,特別在不按比例制圖情況下,個別情況還應(yīng)考慮人進(jìn)入管箱維護(hù)的空間。4） 管箱的長度還應(yīng)考慮接管到封頭切線的距離，接管焊縫到法蘭密封面之間的距離.管箱的長度應(yīng)盡量短一些。2、殼程結(jié)構(gòu) 殼體換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計算出的實際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計算時，作圖法太麻煩費時，一般在初步設(shè)計時，可先分別選定兩流體的流速，然后計算所需

32、的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走"短路"，可以適當(dāng)增減一些管子。另外，初步設(shè)計中也可用下式計算殼體的內(nèi)徑，即: 式中D殼體內(nèi)徑，m； t管中心距，m； nc橫過管束中心線的管數(shù)； b管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b=(11.5)do。nc值可由下面的公式計算。管子按正三角形排列時: 管子按正方形排列時: 式中n為換熱器的總管數(shù)。折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體

33、流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040，一般取2025，過高或過低都不利于傳熱。 a.圓缺形 b.圓盤形 a.圓缺形 b.圓盤形圖5 折流板兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑D的(0.21)倍。板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響。由圖2可以看出，弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生"死區(qū)"，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 a.切除過少 b.

34、切除適當(dāng) c.切除過多圖6擋板切除對流動的影響擋板的間距對殼體的流動亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。我國系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。圖7 裝有圓形折流擋板的列管換熱器緩沖板緩沖擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時對管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。其

35、它主要附件 導(dǎo)流筒 殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動的空間(死角)，為了提 高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時必然經(jīng)過這個空間。 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 接管尺寸 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計算，即: 式中Vs-流體的體積流量，m3/s； u -接管中流體的流速，m/s。流速u的經(jīng)驗值為:對液體：u=1.52 m/s；對蒸汽：u=2050 m/s；對氣體：u=(1520)p/；式中p為壓強(qiáng)，單位為atm ；為氣體密度，單位為kg/m3。第三節(jié) 管程和殼程數(shù)的確定 當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較

36、大而需管數(shù)很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，因而對流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動力費用；同時多程會使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計時應(yīng)考慮這些問題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多程時，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m可按下式計算，即: 式中 u管程內(nèi)流體的適宜速度，m/s； u管程內(nèi)流體的實際速度，m/s。當(dāng)殼方流體流速太低時，也可以采用殼方多程。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程，如前述的圖4-47和圖4-48所示。但由于縱向隔板在制造、安

37、裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。例如當(dāng)需二殼程時，則將總管數(shù)等分為兩部分，分別安裝在兩個內(nèi)徑相等而直徑較小的外殼中，然后把這兩個換熱器串聯(lián)使用，如圖所示。 圖8 換熱器串聯(lián)第四節(jié) 流動空間的選擇在管殼式換熱器的設(shè)計中，首先要決定哪種流體走管程，哪種流體走殼程。這需要遵循一些一般原則。應(yīng)盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個，使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近。在運行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量的損失，而對于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量的損失。管、殼程的決定應(yīng)盡量做到易于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的

38、熱應(yīng)力。從這個角度來說，順流式就優(yōu)于逆流式，因為順流式進(jìn)出口端的溫度比較平均不像逆流式那樣，熱、冷流體的高溫段都集中在一端，低溫部分集中于另一端，易于因兩端收縮不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。流量小而粘度大（）的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re>100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。對于有毒的介質(zhì)或氣體介質(zhì)，必使其不泄露，應(yīng)特別注意其密封，密封不僅要可靠而且還要求方便和簡單。應(yīng)盡量避免采用貴金屬，以降低其成本以上這些原則有的是相互矛盾的，所以在具體設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。1、 適于通入管

39、內(nèi)空間（管程）的流體1） 不清潔的流體 因為在管內(nèi)空間得到較高的流速并不困難，而流速高時，懸浮物不易沉淀，且管內(nèi)空間也易于清潔。2） 體積小的流體 因為管內(nèi)空間的流動截面往往比管外空間的流動截面小，流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做多程流動。3） 有壓力的流體 因為管子承壓能力強(qiáng)，而且簡化了殼體的密封要求。4） 腐蝕性強(qiáng)的流體 因為只有管子及管箱才需要用耐腐蝕的材料，而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所以可以降低造價。此外，在管內(nèi)空間裝設(shè)保護(hù)用的襯里或覆蓋層也比較翻遍，并容易檢查。5） 與外界溫差較大的流體 因為可以減少熱量的散失。 2、 宜于通入管間空間（殼程）的流體1）當(dāng)

40、兩流體溫度相差較大時，值較大的流體走管間 這樣可以減少管壁與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對伸長量，故溫差應(yīng)力可以降低2）若兩流體的給熱性能相差較大時，值較小的流體走管間 此時可用翅片管來平衡傳熱面兩側(cè)的給熱條件，使之相互接近。3）飽和蒸汽 以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。4）粘度大的液體 管間的流動截面與方向都在隨時變化，在低雷諾準(zhǔn)數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)大。5) 被冷卻的流體 可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。6）泄漏后危險性大的流體 可以較少泄露機(jī)會，以保安全。此外，易析出結(jié)晶、沉渣、淤泥以及其它沉淀物的流體，最好通入比較更容易清洗的

41、流動空間，在管殼式換熱器中，一般易清洗的是管內(nèi)空間。但在U形管、浮頭式換熱器中，易清洗的都是管外空間。第五節(jié) 流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求。例如，選擇高的流速，使管子的數(shù)目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)。管子太長不易清洗，且一般管長都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。這些也是選擇流速時應(yīng)予考慮的問題。表1 列

42、管換熱器內(nèi)常用的流速范圍流體種類流速 m/s管程殼程一般液體宜結(jié)垢液體氣 體0.51.3>15300.21.5>0.5315表2 液體在列管換熱器中流速（在鋼管中）液體粘度最大流速 m/s>1500100050050010010053351>10.60.751.11.51.82.4第六節(jié) 流動方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動。當(dāng)流量一定時，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的

43、損失。當(dāng)采用多管程或多殼程時，列管式換熱器內(nèi)的流動形式復(fù)雜，對數(shù)平均值的溫差要加以修正，具體修正方法見第二章第一節(jié)。 第七節(jié) 加熱劑、冷卻劑的選擇用換熱器解決物料的加熱冷卻時，還要考慮加熱劑（熱源）和冷卻劑（冷源）的選用問題?？梢杂米骷訜釀┖屠鋮s劑得物料很多，列管式換熱器常用的加熱劑有飽和和水蒸氣，煙道氣和熱水等。常用的冷卻劑有水，空氣和氮等。在選用加熱劑和冷卻劑的時候主要考慮來源方便，有足夠的溫度，價格低廉，使用安全。（一）常用的加熱劑1、飽和水蒸汽飽和的水蒸汽是一種應(yīng)用最廣泛的加熱劑,由于飽和水蒸汽冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以改變蒸汽的壓強(qiáng)以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)加熱溫度，而且?？衫脙r格低廉的蒸汽機(jī)

44、及渦輪和排放的廢氣。但飽和水蒸汽溫度超過180，就需采用很高的壓強(qiáng)。一般只用于加熱溫度在180以下的情況。2、煙道氣 燃料燃燒所得到的煙道氣具有很高的溫度，可達(dá)7001000，適用于需要達(dá)到高溫度的加熱。用煙道氣加熱的缺點是他的比熱低，控制困難及傳熱膜系數(shù)很低。除了以上兩種常用的加熱劑之外，還可以結(jié)合工廠的具體情況，采用熱空氣作為加熱劑。也可應(yīng)用熱水來作為加熱劑。（二）常用的冷卻劑水和空氣是最常用的冷卻劑，他們可以直接取自大自然，不必特別加工。以水和空氣比較，水的比熱高，傳熱膜系數(shù)也很高，但空氣的取得和使用比水方便，應(yīng)因地制宜加以選用。水和空氣作為冷卻劑變到當(dāng)?shù)貧鉁氐南拗疲话憷鋮s溫度為102

45、5。如果要冷卻到較低的溫度，則需應(yīng)用低溫劑，常用的低溫劑有冷凍鹽水(Cacl2,Nacl及其它溶液)。 第八節(jié) 流體出口溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問題。若其中一流體僅已知進(jìn)口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計者來確定。例如用冷水冷卻一熱流體，冷水的進(jìn)口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件作出估計，而其出口溫度則可根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來確定：為了節(jié)省冷水量，可使出口溫度提高一些，但是傳熱面積就需要增加；為了減小傳熱面積，則需要增加冷水量。兩者是相互矛盾的。一般來說，水源豐富的地區(qū)選用較小的溫差，缺水地區(qū)選用較大的溫差。不過，工業(yè)冷卻用水的出口溫度一般不宜高于45，因為工

46、業(yè)用水中所含的部分鹽類（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）的溶解度隨溫度升高而減小，如出口溫度過高，鹽類析出，將形成傳熱性能很差的污垢，而使傳熱過程惡化。如果是用加熱介質(zhì)加熱冷流體，可按同樣的原則選擇加熱介質(zhì)的出口溫度。第九節(jié) 材質(zhì)的選擇列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。 第二章 列管式換熱器的設(shè)計計

47、算列管式換熱器的選用和設(shè)計計算步驟基本上是一致的，其基本步驟如下： 1、試算并初選設(shè)備規(guī)格（1） 根據(jù)傳熱任務(wù)，計算傳熱速率；（2） 計算傳熱溫差，并根據(jù)溫差修正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫；（3）選擇流體在換熱器中的通道；（4） 確定流體在換熱器中的流動途徑。（5） 根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負(fù)荷Q。（6）確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管式換熱器的型式；計算定性溫度，并確定在定性溫度下流體的性質(zhì)。（7）計算平均溫度差，并根據(jù)溫度校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。（8）依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際情況，選定總傳熱系數(shù)K選值。（9） 依據(jù)傳熱基

48、本方程，估算傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇換熱器的規(guī)格；（10） 選擇流體的流速，確定換熱器的管程數(shù)和折流板間距。2 計算管、殼程壓強(qiáng)降 根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管、殼程流體的流速和壓強(qiáng)降。檢查計算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓強(qiáng)降不符合要求，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的設(shè)備，重新計算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。3 計算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積 計算管程、殼程的對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計算傳熱系數(shù)和所需的傳熱面積。一般選用換熱器的實際傳熱面積比計算所需傳熱面積大10%25%，若K'/K1.151.25，否則另設(shè)總傳熱系數(shù)，另選換熱器，返回第一

49、步，重新進(jìn)行校核計算。通常，進(jìn)行換熱器的選擇或設(shè)計時，應(yīng)在滿足傳熱要求的前提下，再考慮其他各項的問題。它們之間往往是互相矛盾的。例如，若設(shè)計的換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過換熱器的壓強(qiáng)降(阻力）增大，相應(yīng)地增加了動力費用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降降低，但卻又要受到安裝換熱器所能允許的尺寸的限制，且換熱器的造價也提高了。此外，其它因素(如加熱和冷卻介質(zhì)的用量，換熱器的檢修和操作)也不可忽視?？傊O(shè)計者應(yīng)綜合分析考慮上述諸因素，給予細(xì)心的判斷，以便作出一個適宜的設(shè)計。第一節(jié) 傳熱計算給定的條件(1)熱流體的入口溫度t1' 、出口溫度t1"；(2)冷

50、流體的入口溫度t2' 、出口溫度t2"； 熱平衡方程式是反映換熱器內(nèi)冷流體的吸熱量與熱流體的放熱量之間的關(guān)系式。由于換熱器的熱散失系數(shù)通常接近1，計算時不計算散熱損失，則冷流體吸收熱量與熱流體放出熱量相等，熱平衡方程式中的熱量Q是烘干機(jī)干燥糧食所需要的熱量，換熱器換出的熱量必須等于該熱量。1、傳熱系數(shù)K傳熱系數(shù)K是表示換熱設(shè)備性能的極為重要的參數(shù)，是進(jìn)行傳熱計算的依據(jù)。K的大小取決于流體的物性、傳熱過程的操作條件及換熱器的類型等，K值通?？梢杂蓪嶒灉y定，或取生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，也可以通過分析計算求得。在工程上，一般以圓管外表面積A0為基準(zhǔn)計算總傳熱系數(shù)K0，除加以說明外，常將

51、A0、K0分別以A、K表示，即：該式又可以改寫為：式中：di,d0,dm-圓管的內(nèi)徑、外徑、管壁的平均直徑。2、平均溫度差由于換熱器中沿程流體的溫度、物性是變化的，故式（4.1.1）中的傳熱溫差（T-t）和傳熱系數(shù)K一般也就會變動，在工程計算中通常用平均傳熱溫差代替，于是得到總的傳熱速率方程的表達(dá)式：Q=KAtm 。間壁兩側(cè)流體平均溫度差的計算方法與換熱器中兩流體的相互流動方向有關(guān)，而兩流體的溫度變化情況，可分為恒溫傳熱和變溫傳熱。（1） 恒溫傳熱時的平均溫度差換熱器的間壁兩側(cè)流體均有相變化時，例如在蒸發(fā)器中，間壁的一側(cè)，液體保持在恒定的沸騰溫度t下蒸發(fā)，間壁的另一側(cè)，加熱用的飽和蒸氣在一定的冷凝溫度T下進(jìn)行冷凝，屬恒溫傳熱，此時傳熱溫度差（T-t）不變，即：tm=T-t（2） 變溫傳熱時的平均溫度差變溫傳熱時，兩流體相互流動的方向不同，則對溫度差的影響不同，分述如下。逆流和并流時的平均溫度差在換熱器中，冷、熱兩流體平行而同向流動，稱為并流；兩者平行而反向的流動，稱為逆流。平均溫度差的推導(dǎo)過程經(jīng)推導(dǎo)得： 圖9 流型為對數(shù)平均溫差：逆流： 并流：對于同樣的進(jìn)出口條件， 逆并，并可以節(jié)省加熱劑或冷卻劑的用量，工業(yè)上一般采用逆流。 對于一側(cè)有變化，另一側(cè)恒溫， 逆并。（3）錯流和折流時的平均溫度差在大多數(shù)