化工原理课程设计_列管式换热器.pptVIP

化工原理课程设计 ———列管式换热器 一、设计方案的确定 1、换热器类型的选择 2、流动空间的选择 3、流速的确定 4、流动方式的选择 5、流体出口温度的确定 固定管板式换热器 1、换热器类型的选择 优点：1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%；2）旁路漏流较水；3）锻件使用较少；4）没有内漏。 缺点： 1）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大的场合，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（为了减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件．如：设置膨胀节．来吸收热膨胀差） 2）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合； 3）管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子寿命，故设备寿命相对较低。 适用的场合： 1）管壳程金属温差不是很大的场合； 2）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗的场合。 浮头式换热器 两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会主生热应力。 优点：1)管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程；2)壳程壁与管壁不受温差限制；3)可在高温、高压下工作，一般温度T≤450℃，P ≤6.4MPa;4)可用于结垢比较严重的场合;5)可用于管程腐蚀场合. 缺点: 1)浮头端易发生内漏； 2)金属材料耗量大，成本高20%； 3)结构复杂。 U形管式换热器 U形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力。 优点：１）管束可抽出来机械清洗；２）壳体与管壁不受温差限制；３）可在高温、高压下工作，一般适用于T≤500℃，P ≤10MPa;4)可用于壳程结垢比较严重的场合;5)可用于管程易腐蚀场合. 缺点: 1)在管子的U型处易冲蚀，应控制管内流速; 2)管程不适用于结垢较重的场合; 2、流动空间的选择 3、流速的确定 4、流动方式的选择 除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两方面的损失。 5、流体出口温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在确定流体两端温度的问题。若其中一流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却一热流体，冷水的进口温度可根据当地的气温条件作出估计，而其出口温度则可根据经济核算来确定：为了节省冷水量，可使出口温度提高一些，但是传热面积就需要增加；为了减小传热面积，则需要增加冷水量。两者是相互矛盾的。一般来说，水源丰富的地区选用较小的温差，缺水地区选用较大的温差。不过，工业冷却用水的出口温度一般不宜高于45℃，因为工业用水中所含的部分盐类（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）的溶解度随温度升高而减小，如出口温度过高，盐类析出，将形成传热性能很差的污垢，而使传热过程恶化。如果是用加热介质加热冷流体，可按同样的原则选择加热介质的出口温度。 二、列管式换热器的结构 1、管程结构 按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管子长度。实际所取管长应根据出厂的钢管长度合理截用。我国生产系列标准中管长有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六种，其中以3m和6m更为普遍。同时，管子的长度又应与管径相适应，一般管长与管径之比，即L/D约为4～6 管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。 ②管板 固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。 管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来 。 2、壳程结构 换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子的排列方法等，可用作图法确定壳体的内径。 多管程 ②折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％，一般取25％，过高或过低都不利于传热 。 　两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的