化工设备的工艺设计与选型-换热器的选用与设计程序

课程：化工工艺初级设计知识点：换热器设计与选型板式换热器

浮头式换热器套管式换热器

U形管式换热器

螺旋管式换热器

列管式换热器换热器的分类1.按工艺功能分类

(1)冷却器(2)加热器(3)再沸器(4)冷凝器(5)蒸发器(6)过热器(7)废热锅炉(8)换热器2．按换热器作用原理分类：间壁式：热冷流体由固体壁面隔开，是应用最广的换热器，如管壳式换热器。直接式：热冷流体发生接触和混合，如凉水塔。蓄热式：流体交替与固体蓄热体发生接触传热，如回转式空气预热器。3.按传热面形状和结构分类：管式换热器：如管壳式、套管式、蛇管式换热器。板式换热器：如平板式、螺旋板式、板翅式换热器。特殊形式换热器：如热管式换热器。

管式换热器蛇管式或浸没式套管式管壳式固定管板式带温度补偿式带绕性构件带膨胀节的固定管板式带绕性管的固定管板式管束可以伸缩浮头式滑动管板式U型管式双套管式（A）固定管板式换热器（JB/T4715—92）固定管板式列管式换热器公称压力PN：0.25—6.4MPa，公称直径：钢管159—325mm

卷制400—1800mm长度：L＝1500—9000mm换热管直径：f19，f25换热面积：1—2100m3管程数：单、2、4、6有立式、卧式、卧式重叠式公称压力：浮头式换热器：PN1.0—6.4MPa;

浮头式冷凝器：PN1.0—4.0MPa，公称直径：内导流式换热器：钢管325—426mm

卷制400—1800mm

外导流式换热器：卷制500—1000mm

冷凝器：钢管426mm

卷制400—1800mm长度：L＝3000—9000mm换热管直径：波纹管和光管；f19，f25管程数：单、2、4、6；有卧式、卧式重叠式（B）浮头式换热器（JB/T4714-92）公称压力PN：1.0—6.4MPa;公称直径：钢管325、426mm

卷制400—1200mm长度：L＝3000、6000mm换热管直径：波纹管和光管；f19，f25管程数：单、2、4；有卧式、卧式重叠式（C）U型管式换热器（JB/T4717-92）U形管式换热器满足工艺操作条件能长期运转安全可靠不泄漏维修清洗方便满足工艺要求的传热面积尽量有较高的传热效率流体阻力尽量小满足工艺布置的安装尺寸等要求换热器设计的一般原则（A）基本要求清洗方便——易结垢流体走管程流体压力——高压流体走管程减少腐蚀机会——腐蚀性大的流体走管程毒性物质的泄漏——毒性大的走管程热能合理利用——冷却时，热流体走壳程蒸汽加热时——蒸汽走壳程：排不凝气、冷凝液、清洁、减少热应力流体的粘性——粘性大的走壳程，有利于折流挡板增大湍动。对流传热系数——大者走壳程，减少热应力（B）

介质流程（以固定管板式换热器为例）换热器设计的一般原则换热器设计的一般原则（C）

终端温度热端的温差应在20℃以上；用水或其他冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于5℃；当用冷却剂冷凝时，冷却剂的进口温度应当高于工艺流体中最高凝点组分的凝点5℃以上；空冷器的最小温差应大于20℃；冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝组分的露点低5℃。换热器设计的一般原则（D）流速流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积；但流速不能过大。流体在直管内常用流速流体在壳程内的常用流速冷却水（淡水）0.7～3.5m/s水及水溶液0.5～1.5m/s冷却水（海水）0.7～2.5m/s低黏度油类0.4～1.0m/s低黏度油类0.8～1.8m/s高黏度油类0.3～0.8m/s高黏度油类0.5～1.5m/s油类蒸汽3.0～6.0m/s油类蒸汽0.5～1.5m/s气液混合物0.5～3.0m/s气液混合物2.0～6.0m/s对易燃易爆液体，设计上要考虑安全允许速度。换热器设计的一般原则（E）压力降操作压力p(MPa)压力降

p(MPa)操作压力p(MPa)压力降

p(MPa)真空（0~0.1MPa绝压）

p=p/101.0~3.0

p=0.035~0.180~0.07MPa（表压）

p=p/23.0~8.0

p=0.07~0.250.07~1.0MPa（表压）

p=0.035换热器设计的一般原则增加a值的方法：

①缩小通道截面积②增设挡板或促进产生湍流的插入物③管壁上增加翅片④糙化传热面积（F）传热系数换热器设计的一般原则换热器使用中会在壁面产生污垢，在设计换热器时要慎重考虑流速和壁温的影响。

从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。(G)污垢系数(H)尽量选用标准设计和标准系列管壳式换热器的设计和系列选用（1）汇总设计数据、分析设计任务

根据工艺衡算和工艺物料的要求、特性，获得物料流量、温度、压力和化学性质、物性参数等。（

2）设计换热流程

充分利用热量，充分利用热源。（3）选择换热器的材质

据介质腐蚀性能等，按照操作压力、温度、材料规格和制造价格等综合选择。（4）选择换热器类型（5）确定换热器中冷热流体的流向

据热载体的性质、换热任务和换热器结构，决定采用并流，逆流或错流折流等。管壳式换热器的设计和系列选用（6）确定和计算平均温差△tm

（7）计算热负荷Q、流体给热系数a（8）估计污垢热阻系数并初算出传热系数K利用现有各种工艺算图、公式可以方便地求取K。K常常选取一些经验值。（9）算出总传热面积A。（10）调整温度差，再算一次传热面积。在工艺的允许范围内，调整介质的进出口温度，或者考虑到生产的特殊情况，重新计算Atm，并重新计算