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1、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
2、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 根据管内湍流时对流传热系数iu0.8，流速增大，则i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，
3、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252.5mm、192mm，在再沸器中可采用383mm。（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
4、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)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
5、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=0.21D（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，压降为103-104Pa。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、
6、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）：、CP、 r等。（5）初算平均温度差(T-t)m，并根据温度校正系数(t)不应小于0.8的原则，决定壳程数(T-t)m逆=， t=f(P,R)（6）根据实际操作情况，初选总传热系数K值。（7）根据传热速率方程，初算传热面积S需，S需=，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：A. 管程i：无相变时i=0.023Re0.8PrnB.
7、 壳程o：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Nu=0.36Re0.55Pr1/3 ()0.14或o=0.36()0.55()1/3()0.14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。b) Re=21031106c) 当量直径de：若管子为正方形排列，则de=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，md) uo=v/Ao,Ao=HD(1-do/t) 式中，Ao为流体流过管间最大截面积,m2；，H为折板间距，m ；D为换热器外壳内径，m。e) (/)0.
8、14 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，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0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Rsob) Ko核=（2）平均温度差： 根据所选换热器结构，计算温差校正系数t (T-t)m=(T-t)m逆t（3）传热面积S校 S校=（4）比较与S校和S设备 若S设备/S校=1.101.15，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Pi： Pi=(P1+P2)FTNSNP 式中，P1-直管阻力的压强降,Pa，
9、P1=, Pa P2-回弯管的压强降,Pa，P2 =，Pa Ft-结垢校正系数，252.5mm ，Ft=1.4，192mm，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PO 无相变时，PO=(P1/+P2/)FSNS 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P1/-流体横过管束的压降，Pa，P1/=Ff0nc(NB+1), 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: nc-横过管束中心线的管子数，正三角形排列：nc=1.1;正方形排列nc=1.19;n为总管数. NB-折流挡板数 P2/-流体通过折流挡板缺口处压降，Pa，P2/= NB（3.5 - ）式中，H折流挡板间距，m，u0流速，m/s；u0=其中，A-壳程流道面积，m2，A=h（D - ncd0）； D-壳内径，m；d0-管外径，m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。
