精品名师归纳总结管壳式换热器的设计要点换热器的设计过程包括运算换热面积和选型两个方面有关换热器的选型问题，前面已经讲过了，下面主要介绍管壳式换热器的设计要点及如何分析运算结果、调整运算，而设计出满意工艺需要的、传热效率高的换热器11.1 设计运算的基本模型及换热器的性能参数换热器的性能主要是通过以下公式来描述的a. 冷、热两流体间热量平稳Qreq=〔WCpΔ T>hot=〔WCpΔ T>coldW--流体质量流量Cp-- 流体的比热hot-- 热流体cold-- 冷流体ΔT-- 进出口温度差b. 传热率方程Qact=〔A>〔 Δ Tm>〔1/ Σ R>ΣR=〔1/hi>o+〔1/ho>o+〔Rf>o+〔Rw>oΣR-- 总热阻A-- 传热面hi 、ho-- 分别为两流体的传热膜系数Rf-- 两流体的污垢热阻可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结Rw-- 金属壁面热阻ΔTm-- 平均温度差O-- 通常换热运算以换热管外表面为基准c. 传热率的估算Qact ≥ Qreqd. 对压力降的限制条件〔 Δ Pi>act ≤ 〔 Δ Pi>allow〔 Δ Po>act ≤ 〔 Δ Po>allowΔP-- 压力降下标 i 表示管内下标 o 表示管外11.2 换热器的运算类型换热器的运算类型常分为设计运算和校核运算两大类。
换热器运算一般需要三大类数据： 结构数据、工艺数据和物性数据，其中结构数据的挑选在换热器中最为重要在管壳式换 热器的设计中包含有一系列的挑选问题，如壳体型式、管程数、管子类型、管长、管子排 列、折流板型式、冷热流体流淌通道方式等方面的挑选工艺数据包括冷、热流体的流量、进出口温度、进口压力、答应压降及污垢系数等物性数据包括冷、热流体在进出口温度 下的密度、比热容、粘度、导热系数、表面张力a. 设计运算 Design设计运算就是通过给定的工艺条件，来确定一台未知换热器的结构参数，并使其结构最优、尺寸最小对设计运算应先确定以下基本的几何参数：可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结－－管长－－管间距－－流向角－－换热管外径及管壁厚b. 校核运算 Rating校核运算就是评估一台已知换热器的传热性能，即通过校核设备的几何尺寸来看其是否能满意传热要求校核运算应已知以下基本的几何参数：－－管程数－－壳内径 / 管数－－折流板间距 / 折流板数－－管长 / 管间距－－流向角－－管内径 / 管壁厚11.2.1 设计元素的选取设计运算时应考虑以下的几个基本设计元素：－－壳体型式： TEMAE， F， G， J， K， X。
－－壳内径：通常最大为 2M－－换热管几何尺寸：光管、翅片管管径 〔19mm,25.4mm等>可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结管长系列 〔3m,5m,6m,7.2m 等>－－管子排列角： 30°， 60°， 45°， 90°－－管间距： 1.25 1.50 倍的管子外径－－折流板型式：单圆缺、双圆缺、管窗内不排管及为防止管子振动而加的支承板11.3 最终运算结果的分析目前，换热器运算常用的运算软件为美国的 HTRI 和英国的 HTFS，这两大软件均为在国际上享有盛誉的传热设备专用运算软件当设计运算终止后，如何依据实际的工况，来判定运算结果是否满意要求，显现问题后如何解决，这对设计者来说都是很重要的 , 在评判最终设计运算时应考虑并校核以下各项11.3.1 总体设计尺寸瘦长型的换热器比短粗型要经济，通常情形下管长和壳径之比为 5 10 ，但有时依据实际需要，长、径之比可增到 15 或 20，但不常见对立式热虹吸再沸器，要掌握其长、径比在 3 10 之内11.3.2 热阻大小第一依据流体的物系及实际体会来推断一下传热系数值是否合理，应特殊留意管内雷诺数的大小。
在层流流淌 〔 管侧 Re<2000, 壳侧 Re<300>和过渡区流淌中，应使用分段运算的方式〔HTFS 程序无此功能 >，以确保传热系数值运算的正确在评估运算结果的同时，应考虑程序运算的精确度假如热阻在管侧和壳侧分布平稳，就该设计是好的，假如一侧热阻值过大，应当分析缘由，分析管、壳侧冷、热流体的分布是否合理，假如是由于某一侧污垢系数过大而引起的，就可不必进一步修改原设计11.3.3 设计余量换热器设计运算时设计余量值的大小取决于运算精度、实际体会及对现场的操作掌握等例如：对冷却水换热器，当水流速大于 1.5m/s 时，没必要给出过大的设计余量，过大的余可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结量反而会造成水流速的降低但对层流和过渡区流淌，由于运算精度不好，故需要给出较大的设计余量，通常需要在考虑了传热阻力值的大小和程序的运算精度后打算对再沸腾器，过大的设计余量反而是无益的，特殊是在设备运转初期，会发生如掌握困难等操作问题另外，有些设计运算，为了满意答应压降值的限制，可能会造成设计余量较大，此时应依据实际体会来判定运算结果是否正确或对答应压降值的大小作适当的调整。
11.3.4 压降的利用和分布答应压降必需尽可能加以利用，假如运算压降与答应压降有实质差别，就必需尝试转变设 计参数在校核了运算所得压降值是否小于答应值之后，应对压降的分布作进一步的校核，这其中包括有进、出口接管处压降、错流和管窗流的压降 , 压力降必需大部分分布在换热率高的的方，如横掠管束的错流流淌处假如在接管或管窗处的压降占总压降的比例较大，应考虑增大接管尺寸及折流板间距一般对进、出口接管的压降期望掌握在总压降的 30％ 左右特殊对有轴向接管的换热器，接管部分的压降最好掌握在总压降的 30％以下，否就会造成管子进口处的偏流为防止物流对壳程入口处的管子进行冲击，引起振动和腐蚀，一般均在换热器壳程进口处设置防冲板或分布器，在运算压降时要有所考虑另一个必需记住的事实是，答应压降是人为给定的，所以，假如在设计中答应压降得到了充分利用， 而增加一点压降会增加很大的经济性，就应再行设计并考虑增加答应压降的可能性11.3.5 流速需校核管子进出口处、壳侧进口处和接管内的流速一般来说流体流速在答应压降范畴内应尽量选高一些，以便获得较大的换热系数和较小污垢沉积，但流速过大会造成腐蚀并发生管子振动，而流速过小就管内易结垢。
对冷却水系统，设计运算时可参考下表中举荐的值〔 碳钢管 >最 小 流速最 大 流速推 荐 值管侧壳侧1.0 m/s0.5 m/s3.0 m/s1.5 m/s大于 1.5m/s0.7 1.0m/s假如冷却水的流速低于上表中的最小流速，最好征得工艺工程师的同意增大答应压降或变化冷却水的流率可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结2 2对冷却水以外的单相和两相流用 ρ v 值判定对壳侧进口流速，按 TEMA规定 ρ v 值不能超可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结过 5950 Kg/MS2〔 碳钢管 >对管窗内不排管换热器，管窗流速应为错流速度的 2 2.5 倍，可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结气体和蒸汽的流速可在 8 30m/s 之间11.3.6 壳侧流路分析HTRI 程序在运算结果中对壳侧各流路给出了较具体的分析，可以参考下表中给A,B,C,E,F 流的举荐值可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结流路 A－－折流板管孔和管子之间的泄漏流路 流路 B－－错流流路流路 C－－管束外围和壳内壁之间的旁流流路。
流路 E－－折流板与壳内壁之间的泄漏流路可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结流路 F－－管程分程隔板处的中间穿流流路流路名称 Flow FractionB 错流 >0.6〔 湍流， Re>300>B 流路对传热有利，其值应尽量大可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结>0.4〔 层流， Re>300>C 旁流 0.1 C， F 值最好不超过 0.1, 为满意这一条F件，可使用密封装置对浮头式或小壳径壳体的换热器，假如 C值较大，应使用密封装置对 U 型管或管程数较多的换热器，通常 F 值会较大，应考虑在管程分程隔板处使用密封装置 〔 如密封垫或密封杆 >或转变管子排列方式和折流A泄漏流0.15板圆缺位置应尽量削减泄漏，但当污垢系数超过0.0008m2h° C/kcal 时，由于污垢可能会将管子和折流板管孔之间的间隙堵塞，因此， A 值较大也无妨，但此时对壳侧压力缺失应留有余量，最好运算一下一但间隙被堵塞，壳侧压降为多大E 泄漏流 0.05 E 值会造成温度剖面的变形，假如 E 值大于 0.15, 可使用双圆缺折流板可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结最大限度的加大 B－ stream〔 错流 >，削减泄漏流，而事实上漏流不行能也不必要被全部阻挡，由于安装换热器时总需要有间隙。
11.3.7 对折流板的设计分析单圆缺和双圆缺折流板为管壳式换热器中常用的折流板型式，换热器中折流板的布置对设计运算有很大影响，一般从下面几各方面来检查原设计是否合理a. 从流体流淌、传热和污垢系数等方面考虑，最好将折流板的圆缺高度掌握在壳体直径的 20 30 ％，而板间距就掌握在壳体直径 30 50 ％之间 , 并不应小于 50mmb. 防止大圆缺小间距或小圆缺大间距的设计应优化选取折流板圆缺的大小和板间距大小，通常 β 值〔 折流板圆缺修正系数 >最好在 0.9 0.92 之间c. 除了管窗内不排管以外，流体的错流速度和在管窗内的流淌速度不应相差太大，流体在 X －flow 和 Window 内的速度大并且越接近越好d. 假如壳侧压降受到答应压降的限制，考虑使用双圆缺折流板，如仍是不行，考虑变化壳体型式，选用 TEMA的 J、G、 H、X 型壳体。