换热器自制课件讲解

1、管壳式换热器管壳式换热器 目目 录录 换热器简介 HTFS+简介 物性方法 对流传热 管壳式换热器的结构 设计步骤设计步骤 如何选择？主要依据是什么？ 重点计算哪方面？计算过程中涉 及的主要因素？ 完成工艺计算后，与有关的设备人 员相配合决定较合适的换热器尺寸 工艺专业提条件图，由设备专业绘 制换热器结构图 换热器原则换热器原则 换热设备应满足以下几个原则： l换热器应完全满足过程的要求（压降、传热能力、检 修周期）； l换热器满足工厂环境的使用条件（机械应力） l换热器必须可以维修 l设计者应当考虑到具有灵活管路和阀门系统的多个单 体配置的优点 l换热器造价应尽可能的低 换热器的分类换热器的

2、分类 换热器的分类换热器的分类 换热器选用换热器选用 按工艺功能选用换热器 换热器选用换热器选用 优点 缺点 比较 形式形式优点优点缺点缺点 立式热虹吸传热系数大，投资和运转费用最便宜，加热 带滞留时间短，结构紧凑，配管容易 真空操作时，由于压降的影响需要 较大的面积，对粘性液体和带固体 物料不适用，由于垂直铺设，要求 塔裙的高度较高 卧式热虹吸传热系数中等，加热带停留时间短，维护和 清理方便，适用于大面积的情况，对塔的液 面和流体压降要求不高，适于真空操作 占地面积大 强制循环适用于粘性流体及悬浊液，适用于长的显热 段和低蒸发比的低压降系统，可调节循环速 度 能量费用大，投资大，在泵的密封

3、处容易泄露 凯特尔式维护清理方便，适于污染性强的热媒，相当 于一块理论板 传热系数小，占地面积大，加热带 滞留时间长，易结垢，壳体容积大， 设备费用大 换热器选用换热器选用 型式型式优点优点缺点缺点 重力回流卧 式冷凝器 传热系数大， 运转费用小， 适于小量生 产 要求高位安 装，很困难 重力回流立 式冷凝器 可做过冷器， 运转费用少， 结构紧凑， 配管容易， 适于小量生 产 传热系数较 小，可将其 装在塔顶， 但整个塔高 增加 泵送回流式 冷凝器 安装比较容 易，适于大 规模生产 运转费用大， 占地面积大 卧式给热系数是立式的0.77 （L/D）0.25 倍 间壁式换热器的特性间壁式换热器的

4、特性 分类分类名称名称特性特性 管壳式 固定管板式 使用比较广泛；壳程不易清洗；管壳两物流温差大于60时应设置膨胀节，最 大使用温差不应大于120 浮头式 壳程易清洗；管壳两物料温差大于120；内垫片易渗漏 填料函式 优缺点同浮头式，造价高 U形管式 制造安装方便，造价低，管程耐高压，但结构不紧凑，管子不易更换和不易机 械清洗 板式 板翅式 紧凑，效率高，可多股物料同时换热，使用温度不大于150 螺旋板式 制造简单，紧凑，可用于带颗粒的物料，温位利用好；不易检修 伞板式 制造简单，紧凑，成本低、易清洗；使用压力不大于1.2MPa，使用温度不大于 150 波纹板式 紧凑、效率高、易清洗，使用温度

5、不大于150，使用压力不大于1.5MPa 管式 空冷器 投资和操作费用一般较水冷低，维修容易，但受周围空气温度影响大 套管式 制造方便，不易堵塞，耗金属多，使用面积不宜大于20 喷淋管式 制造方便，可用海水冷却，造价较套管式低，对周围环境有水雾腐蚀 箱管式 制造简单，占地面积大，一般作为出料冷却 间壁式换热器的特性间壁式换热器的特性 分类分类名称名称特性特性 液膜式 升降模式接触时间短，效率高，无内压降，浓缩比不大于5 刮板薄膜式接触时间短，适于高粘度，易结垢物料，浓缩比1122 离心薄膜式受热时间短，清洗方便，效率高，浓缩比不大于15 其他形式 板壳式热管结构紧凑，传热好，成本低，压降小，较

6、难制造 管壳式换热器选用管壳式换热器选用 优 点 结构坚固、易于制造、成本较低、材料范围广、清洗方 便、处理能力大，适应性强，可用于高温高压。 缺 点 传热效率、结构紧凑性、单位换热面积的金属消耗量不 如新型高效的紧凑型换热器。 选用 工艺条件（温度、压降、物流安排） 结构参数（平滑管、翅片管、程数、折流板等） 换热器设计标准 管壳式换热器选用管壳式换热器选用 工艺条件： 温度： 冷却水的出口温度不宜高于60，以免结垢。高温端的温差不 应 小于20，低温端的温差不应小于5。采用多管程、单壳程的管壳式换 热器，并用水作为冷却剂时，冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出 口温度。 压力降： 增加工艺

7、物流流速，可增加传热系数，使换热器结构紧凑，但增加流 速将关系到换热器的压力降，使磨蚀和振动破坏加剧。同时造成动力消 耗增加。 工艺物料的压力状况工艺物料的压力状况允许压力降允许压力降KPa 工艺气体真空3.5 常压3.514 低压1525 高压3570 工艺液体70170 管壳式换热器选用管壳式换热器选用 物流安排 高温物流一般走管程 较高压力的物流走管程 粘度较大的物流走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数 腐蚀性较强的物流应走管程 对压力降有特定要求的工艺物流应走管程 较脏和易结垢的物流应走管程，以便清洗和控制结垢。若必须走壳 程，应采用正方形管子排列，并采用可拆式换热器。 流量较小的物流

8、应走壳程 传膜系数较小的物流应走壳程，易于提高传热膜系数 管壳式换热器选用管壳式换热器选用 结构参数 钢管无支撑板最大折流板间距为171d0.74 铜、铝或其合金材料，间距为150d0.74 HTFS历史历史 HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Services)系列软件创始于1967 年，在世界同行 业中始终处于领先地位，具有 30 多年的发展史。 HTFS 原是英国AEA工程咨询公司的一个子公 司，1997年AEA公司和加拿大Hyprotech公司合并， 原 HTFS 公司由 Hyprotech 接管。 HTFS+软件软件 2002年7月，Hyprotec

9、h公司被AspenTech 公司收购， 之前被收购的还有B-JAC 公司。流程模拟软件 ASPEN PLUS与 HTFS 系列软件进行了集成，称作HTFS+ 。HTFS+ 采用了B-JAC 的窗口模式，而计算内核主要移植HTFS的引 擎并同时结合了B-JAC 计算的优点。 原B-JAC和HYSYS 流体物性计算系统作为 HTFS+内置的 物性计算系统，可直接用。ASPEN PLUS 作为HTFS+外置物 性系统，通过用户界面调用，也可在ASPEN PLUS中直接调 用HTFS+ 。 HTFS+包含的应用程序包含的应用程序 主程序： Shell 其他情况，封头FT 1. 传热系数恒定；温-焓曲线

10、为线性关系。 TFT TLM Temp T 1 T2 t 1 t2 T-H曲线非线性曲线非线性 分区考虑，每个区内接 近线性关系。 每个区分别计算平均温 差，加权获得整个换热 器的平均温差。 Enthalpy Temp T LM H 1/Tm =(H1/ T1 + H2/ T2 + .) /(Hin - Hout) 壳程流体的流动形式壳程流体的流动形式 1 1 1 2 2 3 4 4 5 6 1 = 管束间错流 2 = 旁流 3 = 分程隔板处漏流 4 = 折流挡板缺口处的流动 5 = 换热管和折流挡板间的漏流 6 = 壳体和折流挡板间的漏流 壳程流体的处理方法壳程流体的处理方法 估计流体的流

11、动形式； 计算每股流体的压降； 调整各股流体的分率，以满足压降要求； 计算每股流体的给热系数。 对于有相变的流体，处理方式类似，更为 复杂。 管壳式换热器的结构管壳式换热器的结构 基于1988年的第7版TEMA标准。 TEMA对ASME压力容器标准进行了增补。 壳体 前端 固定管箱 后端 管箱 壳体型式壳体型式 E,F,G,H,J,I,X,K,M,D. E F 单程壳体单程壳体 具有纵向隔板的双程壳体具有纵向隔板的双程壳体 E - 首选； F 与双管程接近纯逆流，可避免多E型串联； 纵向隔板和壳体间的密封性不好。 壳体型式壳体型式 压降小，一般只应用与卧式热虹吸再沸器 （壳程流体下进上出）。

12、G H 分流壳体分流壳体双分流壳体双分流壳体 壳体型式壳体型式 J (一进两出)； I (两进一出)；X (n进n出)。 J,I,X - 压降小，可用于真空冷凝系统，或壳体体积流量很 大的情况。 K 气液两相可充分分离，液体夹带少。因再沸器要求一 定的液体夹带量，所以目前常用于废锅、冷剂。 J 无隔板分流壳体 X 错流壳体 K 釜式再沸器 壳体型式的选择壳体型式的选择 塔顶冷凝器，尤其是 真空系统，压降要求 较高。 E型 - 单弓(45%) 双 弓(22%) 三弓。 I,H,X型。 改变折流板间距&切口率 首选E型 I,X,H型 前端固定管箱型式前端固定管箱型式 主要影响机械设计，对热力设计的

13、影响 很小。 选择依据： l管程流体的压力 l管程的机械清洗频率。 A,B,C,N,D 前端固定管箱型式前端固定管箱型式 AB 管箱和可拆卸端盖； 流体较脏，大直径。 封头 (整体端盖)； 清洁流体，小直径。 C 管板与管箱为整体及可拆端盖； 管内流体危险，壳程需频繁机械清洗。 N 管箱与壳体为整体； 壳程流体危险，壳程无需频繁清洗。 首选首选B B型、型、A A型。型。 C C型、型、N N型型 - - 管束和壳体间隙大，传热效率低，费用高。管束和壳体间隙大，传热效率低，费用高。 D D型型 高压。高压。 后端管箱型式后端管箱型式 分为三类： l固定管板式 L,M,N lU型管式 l浮头式 P,S,T,W (S最常用) 固定管板式U型管浮头式 费用 1 1.051.21.3 后端管箱型式的选择后端管箱型式的选择 带膨胀节的固定管板式 固定管板式 L,M,N U型管 浮头式 - S型 无热膨胀引起的应力过度(温差50)； 壳程无需机械清洗。 壳程流体无毒