列管式换热器选型设计计算资料

1、第一部分 列管式换热器选型设计计算一 列管式换热器设计过程中的常见问题 换热器设计的优劣最终要以是否适用、经济、安全、负荷弹性大、操作可靠、检修 清洗方便等为考察原则。 当这些原则相互矛盾时， 应在首先满足基本要求的情况下再考 虑一般原则。1 流体流动空间的选择原则（1）不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。（2）腐蚀性的流体宜走管内， 以免壳体和管子同时受腐蚀， 而且管子也便于清洗和检修。（3）压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。（4）饱和蒸气宜走管间，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。（ 5） 有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。（6）

2、被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。（ 7） 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由 于流速和流向的不断改变，在低 Re（ Re100 ）下即可达到湍流，可以提高对 流传热系数。（ 8） 对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间， 因壁面温度与a大的流体温度相近，可以减少热应力。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾。 2流体流速的选择0.8根据管内湍流时对流传热系数a X u. ,流速增大，则a i增大，同时污垢热阻 Rsi减小，利于传热，从而可减少传热面积，节约设备费用

3、；但同时又使压降增大，加大了 动力消耗，提高了操作费用。可见应全面分析权衡比较适宜的流速。（ 1） 所选流速要尽量使流体湍流，有利传热。（2）所选流速应使管长或程数恰当。管子过长，不便于清洗管内污垢；而管子过短， 管程数增加，使结构复杂化，传热温差减少，均会降低传热效果。（3）粘度大的流体，流速应小些，可按滞流处理。（ 4） 高密度流体（液体） ，阻力消耗与传热速率相比一般较小，可适当提高流速。 在我们教材及换热器设计手册中均给了出一些经验数据，以供参考。3管子规格及排列情况（1） 管径选择：国内换热器系列标准件中管子规格为25X2.5mm、192mm在再沸器中可采用38X3mm（2） 管长：

4、以清洗方便和合理使用管材为原则，系列标准件中采用1.5m , 2m, 3 m和 6m 四种。（ 3） 管子排列方法 管子在管板上的排列方法有三种：正三角形，正方形直列和正方形错列（见化工 原理下册，天大版，P256，图4-25 ）。正三角形排列使用最普遍， 在同一管板面积上可以排列较多传热管， 管外流体搅动 较大，对流传热系数较高，但相应阻力也较大，管间不易清洗；正方形直列便于清洗 管外表面，但传热系数较小；正方形错列介于上述两者之间，对流传热系数高于正方 形直列。（ 4）管中心距 t管子与管板采用胀管法连接 t=（1.3-1.5）d。，管子与管板采用焊管法连接 t=1.25do，相 邻两管外

5、壁间距不应小于 6mm。4折流挡板前面已述常用的有圆缺形和盘环形挡板（见化工原理下册，天大版，P257,图4-27）,而又以缺口面积为壳体内截面积 25%的圆缺形折板用的最广泛。折流挡板间距 h： h=0.21D （壳内径） ，系列标准件中采用的板间距为：固定管板式 有 150、300、600mm三种，浮头式有 150、200、300、480 和 600mm五种。5流体流动阻力45一般分管程、壳程两部分。一般对液体，流经换热器压降10 -10 Pa,对气体，压降为 103-10 4Pa。二选型设计计算步骤1 试算并初选设备规格(1) 确定流体在换热器中的流动途径：管程及壳程。(2) 根据传热任

6、务计算热负荷Q : Q=WhCph(T1-T2)=WcC(t 2-t 1)或Q=Wr(3) 确定载热体种类，进、出口温度，根据热量衡算式计算载热体用量(4) 计算冷、热流体的定性温度，并确定定性温度下流体的物性(可列表表示)：p、 、03、入、r 等。(5) 初算平均温度差(T-t)m,并根据温度校正系数($ t)不应小于0.8的原则，决定壳程 数.：t.：t2(T-t)m 逆=山如 /加2 , t=f(P,R)(6) 根据实际操作情况，初选总传热系数K值。Q(7) 根据传热速率方程，初算传热面积 S 需, S需=K(T -t)m，按系列标准选择设备规格，并列出所选设备的基本参数(壳径、公称压

7、强、公称面积、管程数、管子规格、管长、管子数、管子排列方法、管心距、折流挡板形式、折流板数以及折流板间距等)2.校核1)总传热系数K :A. 管程a i :无相变时a i=0.023 di Re%B. 壳程a 0：无相变1) 不装折流挡板时：以当量直径de代替管内径di，注意de为流动当量直径2) 装折流挡板：若为 25%圆缺形挡板0.551/30.14Nu=0.36R e P r ()-deu r Cp 丄或 a o=0.36 de ()0.55( )1/3(亠冷)0.14应用范围：a) 定性温度：除取壁温外，其他均取流体进、出温度的算术平均值。36b) Re=2 X10 1 X10c) 当

8、量直径de:2 応 24(t2 -和。)4若管子为正方形排列，则de=二d0 3 2 二 24(t2 -：d。2)24若管子为正三角形排列，则de=二d0式中，t相邻两管中心距，m; do管外径，md) uo=v/Ao,Ao=HD(1-do/t)式中，A为流体流过管间最大截面积 ,m2;, H为折板间距，m ; D为换热器外壳内 径，m。0 14e) (1 /卩3).近似值：对气体，可取1.0,对液体被加热时，取1.05,对液体被冷却时，取 0.95。3)壳程为蒸汽冷凝时(有相变)，则管间不能装折流挡板，其对流传热系数a按蒸汽冷凝传热系数关联式计算。a)b)(2)确定管程，壳程污垢热阻Rsi及

9、Rso1警Rsi 罟Rs。Ko 核=-ididid m平均温度差：1+:o根据所选换热器结构，计算温差校正系数(T-t) n=(T-t) m逆 A t(3) 传热面积S校Qs 校 = K O校(T - t)(4) 比较与S校和S设备若S设备/S校=1.101.15，则初选换热合适。3 流体力学计算：包括管程和壳程(1)管程流体阻力刀 A P :刀 A P=( A P1+ A P2)F tINSXP否则需要另设 K值，重复以上计算。A P1= di廿A P-回弯管的压强降,Pa , A P2 =2Ft-结垢校正系数，252.5mm , Ft =1.4 ,Np,Ns-管程数，壳程数(或串联换热器个

10、数)(2)壳程流体阻力刀A Po无相变时，刀 A Po=( A P1/+ A P2/)F s NS式中，Fs-壳程压降结垢校正因数，液体：Fs=1.15 ;气体：Fs=1.0Ns-壳程数A P/-流体横过管束的压降，Pa,Pu2A p/=F fnc(Nb+1)2, Pa式中，F-管子排列对压降校正因数，正三角形排列：F=0.5 ;正方形错列：F=0.4 ;正方形直列：F=0.3式中， Pi-直管阻力的压强降，Pa,2, Pao hi2 =32， Pa 192mng Ft =1.5f0-壳程流体磨擦系数，卍500:0.228f0 = 5.0 Renc=1.1 n ；正方形排列c-横过管束中心线的管子数，正三角形排列：nc=1.19 n ； n为总管数.N