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1、任务七 列管换热器选用设计,一、训练目标,二、训练要领,三、列管换热器的工艺设计与选用,兰州石化职业技术学院,一、训练目标,1、学会从资料、手册中查找有关的计算公式和数据； 2、学习确定和评价换热器单元操作工艺流程及保证过程实现的措施； 3、进行一系列的换热器单元过程的计算，并通过准确、严密的分析、论证，表达出自己的设计思想； 4、能根据工艺计算的结果确定换热器结构尺寸及进行有关附属设备的选型； 5、能根据自己对设备的安排和计算结果，对设备内所进行的过程进行流体力学条件的校核； 6、能从理论上的正确性、技术上的可能性和经济上的合理性等方面对设计结果进行可行性和先进性的评价； 7、学习绘制工艺流
2、程图、设备的工艺条件图及简单设备的结构图； 8、学习编制设计说明书。,兰州石化职业技术学院,二、训练要领,1、流程的选择与确定； 2、物性数据的搜集与整理； 3、热负荷的计算； 4、平均温度差的计算； 5、传热总系数的计算； 6、给热系数的计算； 7、传热面积的确定； 8、主要工艺尺寸的确定； 9、流体力学的计算； 10、主要辅助设备（进料泵）及管路的选用计算； 11、绘制有关图纸； 12、编写设计说明书。,兰州石化职业技术学院,三、列管换热器的工艺设计与选用,1、列管换热器的型号与规格,例: G6001.655表示,公称直径600mm、公称换热面积55m2、公称压力1.6Mpa双管程固定管板
3、式换热器。,兰州石化职业技术学院,2、选型设计时应考虑的问题 （1）流动通道的选择 （2）流速的选择 （3）流体两端温度和温度差的确定 （4）列管换热器类型的选择 （5）管子规格与排列方式的选择 （6）流体通过换热器的流动阻力计算,不洁净或易结垢流体宜走便于清洗的一侧.如固定管板式换热器应走管程,U形管换热器应走壳程。 腐蚀性流体宜走管程,以免管子和壳体同时被腐蚀。 压力高流体宜走管程,以免壳体受压。 被冷却流体宜走壳程,便于散热。 饱和蒸汽走壳程,便于及时排除冷凝水。 有毒流体走管程,以减少泄漏量。 黏度大液体或流量小流体宜走壳程,以提高传热效果。 两流体温差较大时,大的流体走壳程,以减小管
4、子和壳体的温差,减小热应力。,见表2-13和2-14,管子规格包括管径和管长。列管换热器标准中只采用25mm2.5mm(或25mm2.0mm）和 19mm2.0mm 两种管子规格。对洁净流体可选择小管径，对不洁净或易结垢流体可选大管径。 管子在管板上常用排列方式有正三角形和正方形两种。系列标准中，固定管板式换热器采用正三角形排列，U形管式和浮头式换热器19mm2.0mm 管子按正三角形排列， 25mm2.5mm管子多按正方形错列。 19管子，t取25.4mm； 25管子，t取32mm。,管程流动阻力压降pi 壳程流动阻力压降po,热、冷流体温差在50 以内，不需热补偿，可选用结构简单、价格低廉
5、且易清洗的固定管板式换热器 。 热、冷流体温差超过50 ，需考虑热补偿：若管程流体较清结，选用价格相对便宜的U形管换热器，否则选用浮头式换热器。,若换热器中两侧均为工艺物料,一般两端温差不易小于20.若选定热源或冷源时,一般低温端温差不应小于5;高温端温差不应小于20,平均温差不小于10 。 冷却水的出口温度不应高于5060,以免大量结垢 。,兰州石化职业技术学院,p1 直管阻力引起的压力降，Pa； p2 局部阻力引起的压力降，Pa； Ft 结垢校正系数，对252.5mm的管子Ft =1.4；对192.0mm的管子Ft =1.5; Ns 串联的壳程数； NP 每壳程的管程数。,管程流动阻力压降
6、pi ：,p1可按直管阻力计算式进行计算,p2由下面经验式估算,兰州石化职业技术学院,壳程流动阻力压降po,F 管子排列方式对压力降的校正系数，对正三角形排列F=0.5；正方形直列F=0.3;正方形错列F=0.4。 f0 流体的摩擦系数， nc 通过管束中心线上的管子数； NB 折流挡板数；,流体流过折流挡板缺口的压力降，Pa,FS 壳程结垢校正系数，对液体FS =1.15；对气体或蒸汽FS =1。,流体流过管束的压力降，Pa,兰州石化职业技术学院,h 折流挡板间距，m； D 外壳直径，m； uo 按壳程最大流通截面积Ao计算的流速,兰州石化职业技术学院,3、选型设计的步骤,（1）根据设计任务
7、确定基本数据。 （2）确定流体在换热器内的流动通道。 （3）确定并计算热负荷。 （4）先按单壳程偶数管程计算平均温度差，根据温度差校正系数不小于0.8的原则，确定壳程数或调整冷却剂（或加热剂）的出口温度。 （5）根据两流体的温度差和设计要求，确定换热器的形式。,兰州石化职业技术学院,（6）选取总传热系数，根据传热基本方程初算传热面积，以此选定换热器的型号或确定换热器的基本尺寸，并确定其实际换热面积，计算在S实下所需的传热系数K需。 （7）核算管程与壳程压降。根据初定设备的情况，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。 （8）核算总传热系数。 若K实/K需在1.11.25之间则认为合理，否则需另选换
8、热器，重复上述计算步骤，直至符合要求。,兰州石化职业技术学院,例2-12 某化工厂需要将50m3/h液体苯从80冷却到35，拟用冷却水冷却，当地冬季水温为5，夏季水温为30。要求通过管程与壳程的压力降不大于10kPa，试选择合适的换热器。,兰州石化职业技术学院,解：（1）基本数据的查取,兰州石化职业技术学院,（2）流动通道的选择,为了利用壳体散热，增强冷却效果， 苯走壳程，水走管程。,兰州石化职业技术学院,（3）热负荷的计算,由于换热目的是为将热流体冷却，热负荷应取苯的传热量，确定冷却水用量时，可以不考虑热损失。 冷却水用量,兰州石化职业技术学院,（4）求逆流时平均温度差,兰州石化职业技术学院
9、,（5）估算传热面积,兰州石化职业技术学院,(6)初选换热器型号,由于两流体温度差小于50，可选用固定管板式换热器，由固定管板式换热器的标准系列，初选换热器型号为：G1000-1.6-170。 主要参数如下： 外壳直径 1000mm 公称压力 1.6MPa 公称面积 170m2 管子规格 252.5mm 管子数 758 管子排列方式 正三角形 管间距 32mm 管长 3000mm 管程数 4,兰州石化职业技术学院,采用此换热器，要求的总传热系数为,兰州石化职业技术学院,（7）核算压降,兰州石化职业技术学院,兰州石化职业技术学院,兰州石化职业技术学院,（8）核算传热系数,兰州石化职业技术学院,兰州石化职业技术学院,兰州石化职业技术学院,
