列管式換熱器選型設計計算

l=J一．列管式換換熱熱器設器計過設程計中的的常見優問劣最終要以是否適用、經濟、安全、負荷彈性大、操作可靠、檢修清洗方便等為考察原則。當這些原則相互矛盾時，應在首先滿足基本要求的情況下再考慮一般原則。l=J1.流體流動空間的選擇原則不潔凈和易結垢的流體宜走管內，因為管內清洗比較方便。腐蝕性的流體宜走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。壓強高的流體宜走管內，以免殼體受壓，可節省殼體金屬消耗量。飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排出冷凝液，且蒸氣較潔凈，它對清洗無要求。有毒流體宜走管內，使泄漏機會較少。=1被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。=1粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由 于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達到湍流，可以提高對流傳熱系數。8)對于剛性結構的換熱器，若兩流體的溫度差較大，對流傳熱系數較大者宜走管間，因壁面溫度與a大的流體溫度相近，可以減少熱應力。在選擇流體流徑時，上述各點常不能同時兼顧，應視具體情況抓住主要矛盾。2■流體流速的選擇=1=1根據管內湍流時對流傳熱系數a*uo.8,流速增大，則a增大，同時污垢熱阻R.減i Si=1=1小，利于傳熱，從而可減少傳熱面積，節約設備費用；但同時又使壓降增大，加大了動力消耗，提高了操作費用。可見應全面分析權衡比較適宜的流速。（1） 所選流速要盡量使流體湍流，有利傳熱。（2） 所選流速應使管長或程數恰當。管子過長，不便于清洗管內污垢；而管子過短，管程數增加，使結構復雜化，傳熱溫差減少，均會降低傳熱效果。（3） 粘度大的流體，流速應小些，可按滯流處理。（4）高密度流體（液體），阻力消耗與傳熱速率相比一般較小，可適當提高流速。在我們教材及換熱器設計手冊中均給了出一些經驗數據，以供參考。3■管子規格及排列情況（1）管徑選擇：國內換熱器系列標準件中管子規格為①25x2.5mm、①19x2mm,在再沸器中可采用①38x3mm。

2）管長：以清洗方便和合理使用管材為原則，系列標準件中采用1.5m，2m，3m和6m四種。（3）管子排列方法管子在管板上的排列方法有三種：正三角形，正方形直列和正方形錯列（見化工原理下冊，天大版，P256,圖4-25）。正三角形排列使用最普遍，在同一管板面積上可以排列較多傳熱管，管外流體攪動較大，對流傳熱系數較高，但相應阻力也較大，管間不易清洗；正方形直列便于清洗管外表面，但傳熱系數較小；正方形錯列介于上述兩者之間，對流傳熱系數高于正方形直列。（4）管中心距tmm。管子與管板采用脹管法連接t=（1.3-1.5）do,管子與管板采用焊管法連接t=1.25do,相鄰兩管外壁間距不應小于64■折流擋板mm。前面已述常用的有圓缺形和盤環形擋板（見化工原理下冊，天大版，P257，圖4-27），而又以缺口面積為殼體內截面積25%的圓缺形折板用的最廣泛。折流擋板間距h：h=0.2~1D（殼內徑），系列標準件中采用的板間距為：固定管板式有150、300、600mm三種，浮頭式有150、

200、300、480和600mm五種。5．流體流動阻力一般分管程、殼程兩部分。一般對液體，流經換熱器壓降104-1O5Pa,對氣體，壓降為103-104Pa。二1選試計并初選設備規格（1）確定流體在換熱器中的流動途徑：管程及殼程。（2）根據傳熱任務計算熱負荷Q:Q=WhCph（Ti-T2）=WcCpc0-ti）或Q=Wr（3）確定載熱體種類，進、出口溫度，根據熱量衡算式計算載熱體用量4） 計算冷、熱流體的定性溫度，并確定定性溫度下流體的物性（可列表表示）：P、u、C、入、r等。p5） 初算平均溫度差（T-t）m，并根據溫度校正系數（?）不應小于0.8的原則，決定殼程數△t At—At2（珂（6）根據實際操作情況，初選總傳熱系數K（珂（6）根據實際操作情況，初選總傳熱系數K值。（7）根據傳熱速率方程，初算傳熱面積S,S需需 ，按系列標準選擇設備規格，并列出所選設備的基本參數（殼徑、公稱壓強、公稱面積、管程數、管子規格、管長、管子數、管子排列方法、管心距、折流擋板形式、折流板

數以及折流板間距等）2．校核（1）總傳熱系數K：九A?管程a：：無相變時a.=0.023丁R^P』iB.殼程a°：無相變1） 不裝折流擋板時：以當量直徑de代替管內徑d.,注意de為流動當量直徑2） 裝折流擋板：若為25%圓缺形擋板卩\叫^楓心屮匸）014或=0?36扌（譽）0?55（零）1/3（占）0.14° 應用范圍：a） 定性溫度：除卩取壁溫外，其他均取流體進、出溫度的算術平均值。b） Re=2x103~1x106若管子為正方形排列，則de=4(t2一 d若管子為正方形排列，則de=4(t2一 d2)40兀d04(空12--d2)2 4o兀d0o若管子為正三角形排列，則de=相鄰兩管中心距，m；d式中，t外徑，md）u=v/A,A=HD（1-d/t）式中，Ao為流體流過管間最大截面o

積,m2；,H為折板間距，m；D為換熱器外殼內徑，m。e)(u/u)o.i4近似值：對氣體，可取1?0,對液體被加熱時，取1.05，對液體被冷卻時，取0.95o3)殼程為蒸汽冷凝時(有相變)，則管間不能裝折流擋板，其對流傳熱系數a按蒸汽冷凝傳熱系數關聯式計算。a) 確定管程，殼程污垢熱阻Rsi及Rsod,dbdd,dbd,0+Ro+ 4+Radsid九dsob)K— “ “(2核平均溫度差;1+-

a0根據所選換熱器結構，計算溫差校正系數At(傳熱面積ts校sQ 比較與S和S校 設備若S/S=1.10~1.15,則初選換熱合適。否則需要另設I校值，重復以上計算。3■流體力學計算：包括管程和殼程(1)管程流體阻力LAP：eap=(ap+ap)fnn"式中,AP---直管阻力的壓強降,Pa,A1lpu2i—d2i

AP2AP2回彎管的壓強降，Pa,AP2Pa=匕PU2=3PUj2=口~r ~r，PaF-結垢校正系數，①25x2?5mm,tF=1.4，①19x2mm,F=1.5' N,N-管程數，殼程數(或串聯換PS熱器個數)(2)殼程流體阻力LAP①無相變時,LAP=(AP/+AP/)F?N式中，F―-殼程壓降結垢校正因數,液體：F=1?15；氣體：F=1.0S SN——殼程數SAP/---流體橫過管束的壓降，Pa,iAP/=F?fn(N+1)專,Pa式中，F---管子排列對壓降校正因數，正三角形排列：F=0?5；正方形錯列：F=0?4；正方形直列：F=0?3f---殼程流體磨擦系數，R>500:f=5?f=5?ORe-0.2280降，Pa,橫過管束中心線的管子數，正三角形排列：n=1?1島；c正方形排列n=1?19石;n為總管數.N―-折流擋板數D