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　　列管式换热器选型设计计算_工学_高等教育_教育专区。列管式换热器选型设计计算

　　部分 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 换热器设计的优劣终要以是否适用、经济、安全、管式换热器负荷弹性大、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（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 αi∝u ，流速增大，则αi 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；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)do， 管子与管板采用焊管法连接 t=1.25do，相 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， 4-27） 图 ， 而又以缺口面积为壳体内截面积 25%的圆缺形折板用的广泛。 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 一般分管程、壳程两部分。一般对液体，流经换热器压降 104-105Pa，对气体，压 3 4 降为 10 -10 Pa。 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=WhCph(T1-T2)=WcCPC(t2-t1)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） ：ρ、 μ、CP、λ、 r 等。 （5）初算平均温度差(T-t)m，并根据温度校正系数(φΔt)不应小于 0.8 的原则，决定壳程 数 ?t1 ? ?t 2 (T-t)m 逆= ln ?t1 / ?t 2 ， φ△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： λ A. 管程αi：无相变时αi=0.023 d i Re0.8Prn B. 壳程αo：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 ? 0.14 Nu=0.36Re0.55Pr1/3 ( ? ω ) ? λ deu 0 ρ CP ? 或αo=0.36 de ( ? )0.55( λ )1/3( ? ω )0.14 应用范围： a)定性温度：除 ? ω 取壁温外，其他均取流体进、出温度的算术平均值。 b) Re=2×103~1×106 c) 当量直径 de： 4(t 2 ? 若管子为正方形排列，则 de= π 4 πd 0 d0 ) 2 4( 若管子为正三角形排列，则 de= 式中，t——相邻两管中心距，m；do—— 管外径，m d) uo=v/Ao,Ao=HD(1-do/t) 式中，Ao 为流体流过管间截面积,m2； ，H 为折板间距，m ；D 为换热器外壳内 径，m。 0.14 e) (μ/μω) 近似值：对气体，管式换热器可取 1.0，对液体被加热时，取 1.05，对液体被冷却时， 3 2 π 2 t ? d0 ) 2 4 πd 0 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 α0 按蒸汽冷 凝传热系数关联式计算。 a) 确定管程，壳程污垢热阻 Rsi 及 Rso 1 d0 d bd 0 1 + R Si 0 + + R SO + d i λd m α0 b) Ko 核= α i d i （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)m=(T-t)m 逆φΔt （3）传热面积 S 校 Q ? S 校= K O 校 （ T ? t ) m （4）比较与 S 校和 S 设备 若 S 设备/S 校=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。 3．流体力学计算：包括管程和壳程 （1）管程流体阻力∑ΔPi： ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FTNSNP l ρ ui 2 λ 式中，ΔP1---直管阻力的压强降,Pa， ΔP1= di 2 , Pa ρu 2 ρu i 2 ξ i =3 2 2 ，Pa ΔP2---回弯管的压强降,Pa，ΔP2 = Ft-结垢校正系数，Φ25×2.5mm ，Ft=1.4，Φ19×2mm，Ft=1.5 NP,NS-管程数，壳程数（或串联换热器个数） （2） 壳程流体阻力∑ΔPO / / ①无相变时，∑ΔPO=(ΔP1 +ΔP2 )FS·NS 式中，FS---壳程压降结垢校正因数，液体：FS=1.15；气体：FS=1.0 NS---壳程数 / ΔP1 ---流体横过管束的压降，Pa， ρu 0 2 ΔP1 =F·f0nc(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 f0---壳程流体磨擦系数，Re0500: / f 0 = 5.0 Re ?0.228 nc---横过管束中心线的管子数，正三角形排列：nc=1.1 n ;正方形排列 nc=1.19 n ;n 为总管数. NB---折流挡板数 / ΔP2 ---流体通过折流挡板缺口处压降，Pa， 2 h ρu 0 / ΔP2 = NB（3.5 - D ） 2 2 V 式中，H——折流挡板间距，m，u0——流速，m/s；u0= A ； 其中，A---壳程流道面积，m ，A=h（D - ncd0） D---壳内径，m；d0---管外径，管式换热器m ②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。 2
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