管壳式热交换器详解

管壳式热交换器详解演示文稿目前一页\总数一百一十四页\编于九点优选管壳式热交换器目前二页\总数一百一十四页\编于九点32.1.1类型与标准管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，占换热器总量的90%。是最典型的间壁式换热器。管壳式热交换器示意图管壳式热交换器实物图目前三页\总数一百一十四页\编于九点42.1.1类型与标准

管壳式热交换器的主要类型结构分类固定管板式热交换器浮头式热交换器U形管式热交换器填料函式热交换器目前四页\总数一百一十四页\编于九点5分类：(1)固定管板式热交换器特点：结构简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下,可排的管数比较多，壳程不能够检修和清洗，当产生热膨胀时使接口脱开，发生流体的泄漏。2.1.1类型与标准目前五页\总数一百一十四页\编于九点6应用场合：适用于壳方流体洁净且不宜结垢，

流体温差小于70℃壳方压力小于600KPa的场合。分类：(1)固定管板式热交换器2.1.1类型与标准目前六页\总数一百一十四页\编于九点7优点：结构简单，造价低，运行可靠，管间易清理。缺点：管内不易清洗，管板的利用率较低，壳程易

短路，损坏的管子难于调换。应用场合：高温高压。2.1.1类型与标准分类：(2)U型管式热交换器目前七页\总数一百一十四页\编于九点82.1.1类型与标准分类：(2)U型管式热交换器目前八页\总数一百一十四页\编于九点9结构：一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回活动，并连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。浮头式换热器各有一个内浮头和一个外浮头。优点：管束的热膨胀不受壳体约束，壳体与管束之间不会因差胀产生热应力。管程壳程及清洗检修较为方便，将整个管束从固定端抽出即可。2.1.1类型与标准分类：(3)浮头式热交换器目前九页\总数一百一十四页\编于九点10应用场合：适用于流体温差较大，或壳程流体易结垢的场合。缺点：浮头盖与管板法兰连接面积较大，壳体直径增加，在管束与壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体由这里通过不参加换热。形成短路。结构较复杂，造价高，易发生内漏。2.1.1类型与标准分类：(3)浮头式热交换器目前十页\总数一百一十四页\编于九点11结构特点:管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封，可在调料函中滑动，浮头露在壳体外面，又称为外浮头式热交换器。管束可以自由伸缩，不会因壳壁和管壁的温差而产生温差应力。优点：结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。缺点：因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。应用场合

：温差较大，介质易结垢，且压力不高的场合。2.1.1类型与标准分类：(4)填料函式热交换器目前十一页\总数一百一十四页\编于九点12管壳式热交换器的组成：前端管箱，壳体和后端结构（包括管束）AES/BES2.1.1类型与标准目前十二页\总数一百一十四页\编于九点13标准：国标《管壳式换热器》（GB1051-1999)

公称换热面积SN

公称直径DN

公称压力PN

换热管长度L

换热管规格管程数（1）公称直径≤2000mm；（2）公称压力≤35MPa；（3）公称直径（mm）和公称压力(MPa)的乘积≯104。2.1.1类型与标准目前十三页\总数一百一十四页\编于九点14钢制管壳式热交换器型号的表示方法×××DN—Pt/Ps－A－LN/d－Nt/Ns(Ⅰ或Ⅱ)(Ⅰ或Ⅱ)：Ⅰ级热交换器采用高级或较高级冷拔钢管

Ⅱ级热交换器采用普通级冷拔钢管Nt/Ns：管/壳程数，对于单程只写NtLN/d：LN-公称长度(m)，d-换热管外径（mm）A：公称换热面积（m2）Pt/Ps:管/壳程设计压力（MPa）,压力相等时只写Pt

DN:公称直径（mm）×××

第一个字母代表前端管箱形式，第二个字母代表壳体形式,

第三个字母代表后端结构形式

2.1.1类型与标准目前十四页\总数一百一十四页\编于九点15例：AES500-1.6-54-6/25-4ⅠA平盖管箱E单程壳体S钩圈式浮头式热交换器公称直径为500mm管程和壳程设计压力分别为1.6MPa公称换热面积为54m2换热管外径25mm管长6m4管程单壳程Ⅰ一级管束碳素钢较高级冷拔换热管2.1.1类型与标准目前十五页\总数一百一十四页\编于九点16换热管换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大的影响。小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且易结垢，不易清洗。2.1.2管子在管板上的固定和排列目前十六页\总数一百一十四页\编于九点171)、选择管壳式热交换器传热面材料的决定因素：材料的工作压力、温度和流体腐蚀性、流体对材料的脆化作用及流体的毒性所决定。2)、材料的种类：碳钢、合金钢、铜、塑料、石墨等3）我国管壳式换热器常用换热管为碳钢、低合金钢管有：

Φ19×2、Φ25×2.5、Φ38×3、Φ57×3.5；

不锈钢管有Φ25×2、Φ38×2.5。4）长度规格有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在炼油厂所用的换热器中最常用的是6m管长。换热管一般都用光管，为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。2.1.2管子在管板上的固定和排列目前十七页\总数一百一十四页\编于九点18（1）管子在管板上的固定：胀接法与焊接法连接要求良好的密封性→防止流体短路足够的紧固强度→有足够的抗拉脱力连接方法胀接焊接胀焊并用2.1.2管子在管板上的固定和排列目前十八页\总数一百一十四页\编于九点19（1）管子在管板上的固定：胀管法与焊接法胀管法原理:2.1.2管子在管板上的固定和排列目前十九页\总数一百一十四页\编于九点20胀管法适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力≤4MPa，设计温度≤300℃，且无特殊要求的场合。要求：管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽可以增加连接强度和紧密性)。液压胀管器（1）管子在管板上的固定：胀管法与焊接法2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十页\总数一百一十四页\编于九点21（1）管子在管板上的固定：胀管法与焊接法液压胀接机械胀接2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十一页\总数一百一十四页\编于九点22（1）管子在管板上的固定：胀管法与焊接法焊接法：焊接连接是将换热管的端部与管板焊在一起，保证换热管与管板连接处具有足够的密封性能及抗拉脱强度。应用条件：当温度高于300℃或压力高于40公斤／厘米2(4MPa)时，一般采用焊接法。管板换热管间隙2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十二页\总数一百一十四页\编于九点23（2）管子在管板上的排列管子在管板上的排列方式遵循原则：保证管板强度设备紧凑制造、安装和修理、维护方便管子排列方式管间距的选择2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十三页\总数一百一十四页\编于九点24（2）管子在管板上的排列等边三角形流体流动方向与三角形的一条边垂直，最内层的六边形的边长等于管间距S。一般在管板周边与六边形的边之间的六个弓形部分不排列管子，但是当层数a>6层时，在这些弓形部分也应该排列管子，最外层管子的中心应不超出最大六边形的外接圆周。流体流动方向正三角形2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十四页\总数一百一十四页\编于九点25同心圆管间距既为两层圆周之间的距离，也为圆周上管子的间距，在圆周上布置管子只取整数。这种排列的优点时比较紧凑，且靠近壳体处布管均匀，在小直径热交换器中，这种方式的布管数比等边三角形要多。当层数大于6层时，由于六边形的弓形部分可排管子，故等边三角形排列显得有利，且层数越多越为有利。（2）管子在管板上的排列2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十五页\总数一百一十四页\编于九点26正方形在管板面积上可排列的管数最少，但是它易于清扫，在易于生成污垢、需将管束抽出清洗的场合得到一定的应用。流体流动方向正方形（2）管子在管板上的排列2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十六页\总数一百一十四页\编于九点27（2）管子在管板上的排列组合排列法：如在多管程热交换器中，每程都采用等边三角形排列，而在各程相邻管排间，为便于安装隔板则采用正方形排列。2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十七页\总数一百一十四页\编于九点28（2）管子在管板上的排列流体流动方向正三角形流体流动方向转角正三角形转角等边三角形排列法：流体的流动方向与三角形的一条边平行的排列方法。特点：易清洗，但传热效果不如正三角形2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十八页\总数一百一十四页\编于九点29（2）管子在管板上的排列转角正方形排列法：流体的流动方向与正方形的一条对角线垂直的排列方法。流体流动方向转角正方形流体流动方向正方形特点：管外清洗方便/但排管比三角形少2.1.2管子在管板上的固定和排列目前二十九页\总数一百一十四页\编于九点30（3）换热管中心距定义：管板上两根管子中心线的距离。决定因素：管板强度清洗管子外表所需要的间距管子在管板上的固定方法布管原则：无论哪种排列都必须在管束周围的弓形空间尽可能多布管→传热面积↑，且可防壳程流体短路影响因素有:结构紧凑性/传热效果/清洗难易取值:t≥1.25d0(保证管桥强度和清洗通道)2.1.2管子在管板上的固定和排列目前三十页\总数一百一十四页\编于九点31（4）布管限定圆热交换器管束外缘直径受圆筒直径的限制，在设计时要将管束外缘置于布管限定圆之内，布管限定圆直径的大小按照热交换器的结构型式取值。浮头式换热器2.1.2管子在管板上的固定和排列目前三十一页\总数一百一十四页\编于九点32（4）布管限定圆热交换器管束外缘直径受圆筒直径的限制，在设计时要将管束外缘置于布管限定圆之内，布管限定圆直径的大小按照热交换器的结构型式取值。对于固定管板式、U形管式热交换器

2.1.2管子在管板上的固定和排列目前三十二页\总数一百一十四页\编于九点33a.排布换热管b.分隔管程和壳程流体→避免冷、热流体混合c.承受管程、壳程压力和温度的载荷作用作用:不可拆可拆胀接法按表2.4，焊接法满足结构设计和制造要求且不小于12mm2.1.3管板目前三十三页\总数一百一十四页\编于九点34椭球面管板:双管板:用于严格禁止管程与壳程介质互相混合的场合。双管板结构1—空隙2—壳程管板3—短节4—管程管板2.1.2管子在管板上的固定和排列目前三十四页\总数一百一十四页\编于九点35管程—换热管内的通道以及与其相贯通处称为管程2.1.4分程隔板管程管程壳程壳程—换热管外的通道以及与其相贯通处称为管程目前三十五页\总数一百一十四页\编于九点36管束分程(分程隔板):①条件:当换热器所需换热量↑，而管长却不能增加时

管数n↑(v↓)提高管内流速→增强传热效果→增加传热量

②管程数:一般有1，2，4，6，8，10，12等七种。③隔板布置方式平行布置法

T形布置法④分程的要求:避免流体温差较大的两部分管束紧邻程与程之间温差不宜过大,不超过28℃应尽可能使各管程的换热管数大致相同分程隔板槽形状简单,密封面长度较短2.1.4分程隔板目前三十六页\总数一百一十四页\编于九点372.1.4分程隔板目前三十七页\总数一百一十四页\编于九点38作用:a.提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数b.减少结垢c.支承管束折流板结构形式弓形圆盘-圆环形堰形2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前三十八页\总数一百一十四页\编于九点39弓形缺口高度h（1）应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近。（2）缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示，如单弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前三十九页\总数一百一十四页\编于九点402.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十页\总数一百一十四页\编于九点412.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十一页\总数一百一十四页\编于九点42折流板布置原则:一般应按等间距布置;管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接管;间距下限0.2Di（且不小于50mm），上限Di。

折流板缺口布置原则:壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应上下布置。若气体中含有少量液体，应在缺口朝上的折流板最低处开设通液口；若液体中含有少量气体，应在缺口朝下的折流板最高处开通气口。壳程介质为气液共存或液体中含有固体颗粒时，折流板应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口。通液口通气口2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十二页\总数一百一十四页\编于九点4343单弓形折流挡板圆盘—圆环形折流挡2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十三页\总数一百一十四页\编于九点442.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十四页\总数一百一十四页\编于九点45折流板上管孔与换热管折流板与壳体内壁之间过大—泄露严重，不利传热；

易引起振动。过小—安装困难。间隙→2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十五页\总数一百一十四页\编于九点462.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十六页\总数一百一十四页\编于九点47折流板固定：由拉杆和定距管实现折流板的安装2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十七页\总数一百一十四页\编于九点48A、换热管外径≤14mm时——点焊结构B、换热管外径＞14mm时——拉杆-定距管结构折流板、支持板固定方式：dndn2.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十八页\总数一百一十四页\编于九点49支持板设置条件:当换热器在工艺上无须设置折流板，但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时，需设置一定数量的支持板，按照折流板处理。作用:a.减小跨距→防振

b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度形状尺寸:同折流板

最大无支撑跨距:换热管外径10121416192532384557

最大无支撑跨距钢管--11001300150018502200250027503200有色金属管75085095011001300160019002200240028002.1.5纵向隔板、折流板和支持板目前四十九页\总数一百一十四页\编于九点50旁路挡板折流板旁路挡板为了防止壳程边缘介质短路2.1.6挡管和旁路挡板目前五十页\总数一百一十四页\编于九点51挡管挡管分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管；防止管间短路；挡管一般与换热管规格相同，可与折流板点焊固定，也可用拉杆（带定距管或不带定距管）代替。挡管每隔3～4排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处。挡管挡管结构2.1.6挡管和旁路挡板目前五十一页\总数一百一十四页\编于九点52设置条件:a.当壳程进口管流体的

值为下列数值时，应在

壳程进口管处设置防冲板或导流筒

(i)非腐蚀,非磨蚀性单相流体

＞2230kg/(m·s2)(ii)其他液体，包括沸点下液体

＞740kg/(m·s2)b.有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应

设置防冲板。2.1.7防冲板和导流桶目前五十二页\总数一百一十四页\编于九点53结构前端管箱壳体后端（包括管束）分类固定管板式U形管式填料函式浮头式管程壳程管流体壳流体换热管内的通道以及与其相贯通处称为管程换热管外的通道以及与其相贯通处称为壳程流经管程的流体称为管流体流经壳程的流体称为壳流体概念管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上只有一个管板，换热管弯成U形管板一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封两端管板之一不与壳体连接2.1类型和结构小结目前五十三页\总数一百一十四页\编于九点54单管程多管程当管流体一次通过管程称为单管程当热交换器传热面积比较大，所需管子数目比较多时，为提高管流体流速，我们通常将换热管平均分为若干组，使流体在管内依次往返多次，称为多管程。单壳程多壳程当流体一次通过壳程称为单壳程。为提高流体的流速也可以将壳程分为多程，分程可使壳流体流速增大，扰动加剧，有助于强化传热，但是壳程分程，不仅使流动阻力增大，且制造安装较为困难。因此工程上应用较少。2.1类型和结构小结目前五十四页\总数一百一十四页\编于九点55任务:确定设备的主要尺寸内容:管程流通截面积确定壳体直径壳程流通截面积进出口连接管尺寸2.2管壳式热交换器的结构计算目前五十五页\总数一百一十四页\编于九点56式中：At——为管程流通截面积，m2；Mt——为管程流体的质量流量，Kg/s；ρt——为管程流体的密度，Kg/m3；Wt——为管程流体的流速，m/s；需管数n式中：d1——管子内径，m；2.2.1管程流通面积计算流通面积：目前五十六页\总数一百一十四页\编于九点57每根管子的长度L为式中：F——热计算所需要的传热面m2d——管子的计算直径，m计算直径的选取方法：一般情况下，管子的计算直径取换热系数小的那一侧的，只有在两侧的换热系数相近时才取平均直径作为计算直径。为什么？2.2.1管程流通面积计算目前五十七页\总数一百一十四页\编于九点58换热管长度与壳体直径比值在4-25之间，通常为6~10GB151-1999推荐的换热管长度采用：1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12m等。若所得的管长过长，则应该做成多程的热交换器。换热管长度：管程数Zt为：式中：l——所确定的管子的长度，mL——管程总长，m2.2.1管程流通面积计算目前五十八页\总数一百一十四页\编于九点59管子的总根数n——每程管数式中：流程数的选取：过多隔板在管板上占去过多的面积，管板排管数降低增加流体穿过隔板垫片短路的机会增加流体的转弯次数及流动阻力2.2.1管程流通面积计算程数宜取偶数，以使流体的进、出口连接管做在同一封头管箱上，便于制造。目前五十九页\总数一百一十四页\编于九点60内径方法作图（可靠，准确）估算式中：b′——管束中心线上最外层管中心至壳体内壁距离，b′＝（1～1.5）d0(d0为管外径)。钢制压力容器标准的规定加以确定b——沿六边形对角线上的管数。当管子按照等边三角形排列时当管子接正方形排列时壳体的外径强度公称直径小于或等于400mm的热交换器，可以采用无缝钢管制作圆筒，卷制圆筒的公称直径以400mm为基础，以100mm为进级档，必要的时候允许以50mm为进级档。2.2.2壳体直径的确定目前六十页\总数一百一十四页\编于九点612.2.3壳体流动截面积的计算（1）纵向隔板内容：确定纵向隔板或折流板的数目与尺寸。AS′——为壳程流通截面积，m2；Ms——壳程流体的质量流量，Kg/s；ρs——壳程流体的密度，Kg/m3ws——壳程流体的流速，m/s；目前六十一页\总数一百一十四页\编于九点62纵向隔板长度确定的基本原则：流体在纵向隔板转弯时的流速各流程中顺管束流动时速度。壳程流通截面积：流程数：2.2.3壳体流动截面积的计算（1）纵向隔板目前六十二页\总数一百一十四页\编于九点632.2.3壳体流动截面积的计算（2）弓形折流板缺口高度缺口处的流通截面积两折流板间错流的流通截面积缺口高度确定原则：为避免流动速度变化引起压降，流体在缺口处的流通截面积与流体在两折流板间错流的流通截面积接近。目前六十三页\总数一百一十四页\编于九点642.2.3壳体流动截面积的计算（3）盘环形折流板环板圆孔处的流通面积a1盘板的流通面积a2环板的流通面积a3a3——盘周至圆筒内壁截面减去该处管子所占面积Dm——环内径D1和盘径D2的算术平均值sn——与流向垂直的管间距目前六十四页\总数一百一十四页\编于九点652.2.4进出口连接管直径的计算目前六十五页\总数一百一十四页\编于九点662.3管壳式热交换器的传热计算目的：设计的热交换器能在传热系数、传热面积、平均温差等方面

的综合结果满足传热方程式的要求。目前六十六页\总数一百一十四页\编于九点672.3.1传热系数的确定经验选用数据实验测定通过计算确定传热系数的主要方法：目前六十七页\总数一百一十四页\编于九点682.3.2传热系数的确定圆管的传热系数确定以外表面积为基准时：0——表示管外；i——表示管内；以内表面为基准时目前六十八页\总数一百一十四页\编于九点692.3.2传热系数的确定圆管的传热系数确定近似计算（管壁比较薄）外表面内表面rs,i——管内壁的污垢热阻，m2℃/W；rs,o——管外壁的污垢热阻，m2℃/W；δw——管壁厚度，m；λw——管材的导热系数，W/m℃；dm——管子的平均直径目前六十九页\总数一百一十四页\编于九点702.3.2传热系数的确定圆管的传热系数确定金属壁面的导热热阻<<流体的对流换热热阻对于新的热交换器污垢热阻可以忽略不计条件d0≈di非金属材料不适用目前七十页\总数一百一十四页\编于九点712.3.2换热系数的计算1）管内、外换热系数确定在试验基础上，把它的变化规律用努谢尔准则数（Nu），或传热因子（jh）与雷诺数(Re)之间的关系用公式或线图形式表示出来。对流换热强度流体的流动状态目前七十一页\总数一百一十四页\编于九点722.3.2换热系数的计算1）管内、外换热系数确定科恩传热因子柯尔本传热因子关系目前七十二页\总数一百一十四页\编于九点732.3.2换热系数的计算壳侧换热计算无折流板：

有折流板：纵向流过管束当量直径管内湍流求出按照孔式折流板盘环折流板弓形折流板目前七十三页\总数一百一十四页\编于九点742.3.2换热系数的计算弓形折流板廷克壳侧流体流动模型壳侧流体分为错流、漏流及旁流流路流路A流路B流路C流路D流路E管子与折流板上的管孔之间存在间隙流路A折流板前后存在压差泄漏管外壁的结垢特点：流路在环形间隙内有较高的换热系数，主流速度低，对传热不利。目前七十四页\总数一百一十四页\编于九点752.3.2换热系数的计算弓形折流板流路B：横向流过管束B特点：对传热和阻力影响最大流路C：管束最外层管子与壳体之间存在间隙

而产生的旁路。C特点：通过设置旁路挡板，改善这个流路对传热的影响。流路D：折流板和壳体内壁间存在一定间隙所形成的漏流。D特点:漏流/温度发生畸变流路E:多管程，安置分程隔板而使壳程形成了不为管子所占据的通道，若用来形成多管程的隔板设置在主横向流的方向上它将会造成一股或多股旁路目前七十五页\总数一百一十四页\编于九点762.3.2换热系数的计算1）管内、外换热系数内容：理想管束的传热因子校正错流通过理想管束操作条件换器结构参数贝尔法目前七十六页\总数一百一十四页\编于九点77结构参数计算1、总管数nt;2、错流区排管总数NCDS——热交换器壳体内径sP——管间距，m图中读出图中读出估算3、两折流板顶部错流面积占总面积的百分数FC′1）管内、外换热系数贝尔法2.3.2换热系数的计算4、每一缺口内的有效错流管排数NCW目前七十七页\总数一百一十四页\编于九点78结构参数计算1）管内、外换热系数贝尔法2.3.2换热系数的计算5、错流面积中旁流面积所占分数FbP若有E路存在时NE——管程隔板所占的通道数，（E流路数）LE——E流道的宽度6、一块折流板上管子和管孔之间的泄漏面积AtbdH——为管孔直径nt——总管数;目前七十八页\总数一百一十四页\编于九点79结构参数计算1）管内、外换热系数贝尔法2.3.2换热系数的计算Db——折流板直径，mDs——表示热交换器壳体内径，m7、折流板外缘与壳体内壁之间的泄漏面积Asb8、流体通过缺口的流通面积Ab目前七十九页\总数一百一十四页\编于九点80结构参数计算1）管内、外换热系数贝尔法2.3.2换热系数的计算9、缺口的当量直径DW(用于Re≤100的情况)10、折流板数目如果进出口段板间距不等于ls,则ls,I,——进口段从折流板到管板的距离ls,o,——出口段从折流板到管板的距离目前八十页\总数一百一十四页\编于九点81贝尔法计算壳程换热系数的过程：1）管内、外换热系数2.3.2换热系数的计算1、由理想管束的传热因子图查出柯尔本传热因子jH假定：壳程流体全部错流流过管束2、查取折流板的校正因子jc,缺口处不排管的结构jc=1目前八十一页\总数一百一十四页\编于九点823、查取折流板泄漏影响的校正因子j1(A和E流路)，4、查取旁通影响的校正因子jb5、折流板间距不等时的校正因子js6、逆温梯度的校正因子7、计算壳程传热因子jj0=jHjcj1jbjsjr8、计算处壳程换热系数α0贝尔法计算壳程换热系数的过程：1）管内、外换热系数2.3.2换热系数的计算目前八十二页\总数一百一十四页\编于九点832）与换热系数有关的几个问题2.3.2换热系数的计算（1）定性温度取法流体的平均温度壁面温度流体和壁面的平均温度油类高粘度流体卡路里温度流体进出口的算数平均温度分段计算目前八十三页\总数一百一十四页\编于九点842）与换热系数有关的几个问题2.3.2换热系数的计算（2）定型尺寸选取原则：对流体运动或传热发生主要影响的尺寸。圆管内的换热过程：取管子内径di圆管管外强迫流动换热：管子外径d0非圆形管道：当量直径d0A——流体的流通截面积U——湿周边或热周边长目前八十四页\总数一百一十四页\编于九点852）与换热系数有关的几个问题2.3.2换热系数的计算（3）粘度修正非定温流动热流方向因子修正项Pr的不同方次加热冷却壁温未知试差法近似值液体冷却气体加热目前八十五页\总数一百一十四页\编于九点862）与换热系数有关的几个问题2.3.2换热系数的计算（4）同时存在对流与辐射换热具有辐射能力的气体温度较高对流总换热系数辐射目前八十六页\总数一百一十四页\编于九点872.3.3壁温的计算放热侧壁温吸热侧壁温式中：rs,1,rs,2——分别为放热侧、吸热侧污垢热阻K，α应在同一基准表面计算注意：目前八十七页\总数一百一十四页\编于九点882.3.3壁温的计算试算法壁温换热系数步骤假定一侧壁温(如tw1)求这侧的换热系数（α1）计算另一侧壁温（tw2）算另一侧的换热系数α2算另一侧的单位面积传热量（q2）假定壁温正确q1=q2q1≠q2结束重新假定壁温(如tw1)目前八十八页\总数一百一十四页\编于九点892.4管壳式热交换器的流动阻力计算黏性流动阻力产生的根源流动阻力产生的条件固体壁面流动阻力大小的决定因素物理性质流动状况壁面因素热交换器流动阻力分类摩擦阻力局部阻力目前八十九页\总数一百一十四页\编于九点902.4.1管程阻力计算管壳式热交换器的阻力管程阻力壳程阻力阻力不允许超过允许范围管程阻力的计算沿程阻力△Pi回弯阻力△Pr进出口连接管阻力△PN目前九十页\总数一百一十四页\编于九点91沿程阻力△Piλ——莫迪圆管摩擦系数wt——管内流体流速式中：φi——管内流体粘度校正因子当Re>2100φi＝（μ/μw）-0.14当Re<2100φi＝（μ/μw）-0.252.4.1管程阻力计算目前九十一页\总数一百一十四页\编于九点922.4.1管程阻力计算回弯阻力△Przt——管程数进出口连接管阻力气体非等温流动附加阻力△Pa内阻力△Ps

总阻力△P＝△Pi＋△Pl＋△Pa+△Ps目前九十二页\总数一百一十四页\编于九点932.4.1壳程阻力计算无折流板管程阻力公式计算壳程阻力壳程的摩擦系数管程摩擦系数>壳程的压降管程的压降＜雷诺数相同光滑管圆管错流Re=102~5*104顺列管束错列管束目前九十三页\总数一百一十四页\编于九点94弓形折流板的壳程阻力贝尔法理想管束的摩擦系数图查取理想管束的摩擦系数fk计算每一理想错流段阻力△PbkMs——壳程流体质量流量，Kg/s.2.4.1壳程阻力计算折流板泄漏旁路进出口段折流板间距校正目前九十四页\总数一百一十四页\编于九点952.4.1壳程阻力计算折流板泄漏旁路折流板泄漏对阻力的影响校正系数图2.37旁路对阻力的影响的校正系数图2.38进出口段折流板间距当Re≥100时，n′=1.6当Re＜100时，n′=1目前九十五页\总数一百一十四页\编于九点962.4.1壳程阻力计算折流板泄漏旁路折流板泄漏对阻力的影响校正系数图2.37旁路对阻力的影响的校正系数图2.38进出口段折流板间距当Re≥100时，n′=1.6当Re＜100时，n′=1壳程的总阻力目前九十六页\总数一百一十四页\编于九点972.5管壳式热交换器的合理设计一、流体在热交换器内流动空间的选择原则1、提高传热系数受到限制的那一侧的换热系数，使传热面两侧的传热条件尽量接近。2、节省金属材料3、清洗污垢方便4、减少热量，冷量损失5、减少壳体和管子因受热不同而产生的温差应力6、在高压下工作的热交换器，使密封简单可靠7、便于流体的流入，分配和排出目前九十七页\总数一百一十四页\编于九点982.5管壳式热交换器的合理设计二、流体温度和终温的确定流动方式传热面积已知平均温差传热单元数法顺流目前九十八页\总数一百一十四页\编于九点992.5管壳式热交换器的合理设计二、流体温度和终温的确定顺流逆流目前九十九页\总数一百一十四页\编于九点1002.5管壳式热交换器的合理设计二、流体温度和终温的确定可以参考数据选择流体度和换热终温:

热端温差不小于20℃冷端温差不小于5℃冷却器冷凝器冷流体的初温应高于热流体的凝固点含有不凝结气体冷凝，冷流体的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃空冷式热交换器热流体出口和空气进口之间的温差不低于20℃目前一百页\总数一百一十四页\编于九点1012.5管壳式热交换器的合理设计三、管子直径的选择小管径优点：增强传热增大单位体积传热面积缺点：流动阻力增大管子与管板连接处的泄漏的可能性增大容易积垢管长与管径的比例关系：单管程，且略去内径与计算直径的差别目前一百零一页\总数一百一十四页\编于九点1022.5管壳式热交换器的合理设计四、流体流动速度的选择流体的流动速度要尽量使流体呈湍流状态避免产生过大压降考虑机械条件与结构要求机械条件限制流速的提高应当避免发生水力冲击，振动以及冲蚀等现象

提高流速时，管数少，为保证所需要的传热面积必须增大管子的长度，增加程数。但是要考虑到清洗和拆换的不便。实际选用的流速低于最佳流速，但流速的低限应该保持在湍流范围内。目前一百零二页\总数一百一十四页\编于九点1032.5管壳式热交换器的合理设计四、流体流动速度的选择目前一百零三页\总数一百一十四页\编于九点1042.6管壳式热交换器设计程序⑴确定流动路径，根据任务计算传热负荷，确定流体进、出的温度，选定换热器形式，计算定性温度，查取物性，计算平均温差，初选传热系数K',并初算传热面积F