列管式换热器选型设计计算

列管式换热器选型设计计算 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) 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(Re>100)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α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α?u，流速增大，则α增大，同时污垢热阻Riisi减小，利于传热，从而可减少传热面积，节约设备费用;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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 件中管子规格为Φ25×2.5mm、Φ19×2mm，在再沸器 中可采用Φ38×3mm。 (2) 管长: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=1.25d，相oo邻两管外壁间距不应小于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=0.2~1D(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10-10Pa，对气体，压34降为10-10Pa。 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)根据传热任务计算热负荷Q:Q=WC(T-T)=WC(t-t)或Q=Wr PC21hph12c(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):ρ、 μ、C、λ、 r等。 P (5)初算平均温度差(T-t)，并根据温度校正系数(φ)不应小于0.8的原则，决定壳程Δtm 数 ,t,,t21 ln,t/,t12(T-t)=， φ=f(P,R) 逆?tm (6)根据实际操作情况，初选总传热系数K值。 Q K(T,t)m(7)根据传热速率方程，初算传热面积S，S=，按系列标准选择设备规需需格，并列出所选设备的基本参数(壳径、公称压强、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: , 0.8ndiA. 管程α:无相变时α=0.023RP iier B. 壳程α:无相变 o 1) 不装折流挡板时: 以当量直径d代替管内径d，注意d为流动当量直径eie 2)装折流挡板:若为25%圆缺形挡板 , 0.14 0.551/3 ,,N=0.36RP()uer ,,deu,C,0P 0.551/30.14 ,,de,,或α=0.36()()()o 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。 36 b) R=2×10~1×10e c) 当量直径d: e ,224(t,d)04 ,d0若管子为正方形排列，则d= e ,3224(t,d)024 ,d0若管子为正三角形排列，则d= e 式中，t——相邻两管中心距，m;d—— 管外径，m o d) u=v/A,A=HD(1-d/t) oooo2式中，A为流体流过管间最大截面积,m;，H为折板间距，m ;D为换热器外壳内o 径，m。0.14e) (μ/μ) 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，ω 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α按蒸汽冷0 凝传热系数关联式计算。 a) 确定管程，壳程污垢热阻R及R siso 1 ddbd1000，R，，R，SiSO,,,ddd0iiimb) K= 核o (2)平均温度差: 根据所选换热器结构，计算温差校正系数φΔt (T-t)=(T-t)φ mm逆Δt (3)传热面积S 校 Q ()m校OKTt,,S= 校 (4)比较与S和S 校设备 若S/S=1.10~1.15，则初选换热合适。否则需要另设K值，重复以上计算。 设备校 3(流体力学计算:包括管程和壳程 (1)管程流体阻力?ΔP: i ?ΔP=(ΔP+ΔP)FNNi12TSP 2,uli,2di式中，ΔP---直管阻力的压强降,Pa， ΔP=, Pa 11 22,u,uii,3,22 ΔP---回弯管的压强降,Pa，ΔP=，Pa 22 F-结垢校正系数，Φ25×2.5mm ，F=1.4，Φ19×2mm，F=1.5 ttt N,N-管程数，壳程数(或串联换热器个数) PS (2) 壳程流体阻力?ΔP O// ?无相变时，?ΔP=(ΔP+ΔP)F?N O12SS 式中，F---壳程压降结垢校正因数，液体:F=1.15;气体:F=1.0 SSS N---壳程数 S/ΔP---流体横过管束的压降，Pa， 1 2,u0 /2ΔP=F?fn(N+1), Pa 10cB 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 ,0.228f,5.0Re0 f---壳程流体磨擦系数，R>500: 0e0 n n---横过管束中心线的管子数，正三角形排列:n=1.1;正方形排列cc nn=1.19;n为总管数. c N---折流挡板数 B/ ΔP---流体通过折流挡板缺口处压降，Pa， 2 2,u2h0 /D2ΔP= N(3.5 - ) 2B 式中，H——折流挡板间距，m， V Au——流速，m/s;u= 002其中，A---壳程流道面积，m，A=h(D - nd); D---壳内径，m;d---管外径，m c00 ?有相变，如蒸汽冷凝时，为复杂的两相流，其阻力可以不作计算。