列管式换热器的设计和选用.pptVIP

列管式换热器的设计和选用;冷、热流体流动通道的选择的一般原那么：

a)不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。

b)腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。

c)压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。

d)饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，外表传热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出。

e)流量小而粘度大〔〕的流体一般以壳程为宜，因在壳程Re100即可到达湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程结构，亦可得到较高的外表传热系数。

f)假设两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将外表传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。

g)需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。;流速的选择

流体在管程或壳程中的流速，不仅直接影响外表传热系数，而且影响污垢热阻，从而影响传热系数的大小，特别对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体，流速过低甚至可能导致管路堵塞，严重影响到设备的使用，但流速增大，又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验，表1及表2列出一些工业上常用的流速范围，以供参考。;传热总系数Ｋ确实定

计算Ｋ值的基准面积，习惯上常用管子的外外表积。当设计对象的基准条件〔设备型式、雷诺准数Re、流体物性等〕与某Ｋ值的生产设备相同或相近时，那么可采用设备Ｋ值的经验数据作为自己设计的Ｋ值。表3为常见列管式换热器Ｋ值的大致范围。由表3

选取大致Ｋ值。;用下式进行Ｋ值核算。

式中：?－给热系数，W/m2.℃；

R－污垢热阻，m2.℃／W；

δ－管壁厚度，mm；

λ－管壁导热系数，W/m.℃；

下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示管内、管外和平均。

当时近似按平壁计算，即：

在用上式计算Ｋ值时，污垢热阻、通常采用经验值，常用的污垢热阻大致范围可查?化工原理?相关内容。

式中的给热系数?，在列管式换热器设计中常采用有关的经验值公式计算给热系数?，工程上常用的一些计算?的经验关联式在?化工原理?已作了介绍，设计时从中选用。;流动方???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，外表传热系数越大，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。

当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式复杂，对数平均值的温差要加以修正。;换热管规格

换热管直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。考虑到制造和维修的方便，加热管的规格不宜过多。目前我国试行的系列标准规定采用?25×2.5和?19×2两种规格，对一般流体是适应的。此外，还有?38×2.5，?φ57×2.5的无缝钢管和?25×2,?38×2.5的耐酸不锈钢管。

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。我国生产的钢管长度多为6m、9m，故系列标准中管长有1.5，2，3，4.5，6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。;换热管的排列

管子的排列方式有等边三角形和正方形两种〔图a，图b〕。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，外表传热系数大。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。如将正方形排列的管束斜转45°安装〔图c〕，可在一定程度上提高外表传热系数。

;折流挡板

安装折流挡板的目的是为提高管外外表传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。

对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图3可以看出，弓形缺口太大或太小都会产生死区，既不利于传热，又往往增加流体阻力。;流体通过换热器时阻力的计算

换热器管程及壳程的流动阻力，常常控制在一定允许范围内。假设计算结果超过允许值时，那么应修改设计参数或重新选择其他规格的换热器。按一般经验，对于液体常控制在104～105Pa范围内，对于气体那么以103～104Pa为宜。此外，也可依据操作压力不同而有所差异，参考下表。;管程阻力损失;壳程阻力损失;;图4.壳程摩擦系数f0与Re0的关系;列管式换热器的设计和选用的计算步骤;3核算总传热系数

分别计算管、壳程外表传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K