管壳式换热器设计和选型.ppt

3 3管壳式换热器设计和选型 管壳式换热器是一种传统的标准换热设备 它具有制造方便 选材面广 适应性强 处理量大 清洗方便 运行可靠 能承受高温 高压等优点 在许多工业部门中大量使用 尤其是在石油 化工 热能 动力等工业部门所使用的换热器中 管壳式换热器居主导地位 鉴于管壳式换热器应用极广 为便于设计 制造 安装和使用 有关部门已制定了管壳式换热器系列标准 可查GB151管壳式换热器的标准 U式换热器型号标称 例 1 BIU800 2 5 245 6 19 4I封头管箱 公称直径800mm 管 壳程压力均为2 5MPa 公称换热面积245平方米 较高级冷拔换热管 外径19mm 管长6m 4管程 单壳程的U形管式换热器 2 BIU600 1 6 90 6 25 2II封头管箱 公称直径600mm 管 壳程压力均为1 6MPa 公称换热面积90平方米 普通级冷拔换热管 外径25mm 管长6m 2管程 单壳程的U形管式换热器 DN PN F L dw N I II l b d 按GB151规定 其中l b d分别为菱形管 波纹管 螺纹管 RCBOS1000 1 6 270 6 25 6I BXRCBOS900 1 6 210 6 25 6I是洛阳石油化工工程公司的浮头式折流杆换热器R 折流杆E C E为换热器 C为冷凝器B 封头管箱O 壳体为外导流筒结构S 钩圈式浮头一般的可查GB151规定 现在新型的设备型号越来越多 可联系一下出图的设计院 压强的单位换算关系 1kgf cm2 98066 5Pa1MPa 106Pa1bar 0 1MPa 106dyn cm21atm 760mmHg 101325Pa 管壳式换热器的设计与选型换热器的设计是通过计算 确定经济合理的传热面积及换热器的其它有关尺寸 以完成生产中所要求的传热任务 1 设计的基本原则 1 流体流径的选择流体流径的选择是指在管程和壳程各走哪一种流体 此问题受多方面因素的制约 下面以固定管板式换热器为例 介绍一些选择的原则 不洁净和易结垢的流体宜走管程 因为管程清洗比较方便 腐蚀性的流体宜走管程 以免管子和壳体同时被腐蚀 且管程便于检修与更换 压力高的流体宜走管程 以免壳体受压 可节省壳体金属消耗量 被冷却的流体宜走壳程 可利用壳体对外的散热作用 增强冷却效果 饱和蒸汽宜走壳程 以便于及时排除冷凝液 且蒸汽较洁净 一般不需清洗 有毒易污染的流体宜走管程 以减少泄漏量 流量小或粘度大的流体宜走壳程 因流体在有折流挡板的壳程中流动 由于流速和流向的不断改变 在低Re Re 100 下即可达到湍流 以提高传热系数 若两流体温差较大 宜使对流传热系数大的流体走壳程 因壁面温度与 大的流体接近 以减小管壁与壳壁的温差 减小温差应力 以上原则并不是绝对的 对具体的流体来说 上述原则可能是相互矛盾的 因此 在选择流体的流径时 必须根据具体的情况 抓住主要矛盾进行确定 2 流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系数 流动阻力及换热器结构等方面 流速 加大对流传热系数 减少污垢的形成 使总传热系数增大 但同时使流动阻力加大 动力消耗增多 选择高流速 使管子的数目减小 对一定换热面积 不得不采用较长的管子或增加程数 管子太长不利于清洗 单程变为多程使平均传热温差下降 因此 需通过多方面权衡选择适宜的流速 表1至3列出了常用的流速范围 可供设计时参考 选择流速时 应尽可能避免在层流下流动 表1管壳式换热器中常用的流速范围流体种类 一般流体易结垢液体气体流速m s管程0 5 3 0 1 05 0 30壳程0 2 1 5 0 53 0 15表2管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速液体粘度mPa s 15001500 500500 100100 3535 1 1最大流速m s0 60 751 11 51 82 4表3管壳式换热器中易燃 易爆液体的安全允许速度液体名称乙醚 二硫化碳 苯甲醇 乙醇 汽油丙酮安全允许速度 m s 1 2 3 10 3 管子的规格和管间距 管子规格管子规格的选择包括管径和管长 目前试行的管壳式换热器系列只采用25 2 5mm及19 2mm两种管径规格的换热管 对于洁净的流体 可选择小管径 对于易结垢或不洁净的流体 可选择大管径 管间距管子的中心距称为管间距 管间距小 有利于提高传热系数 且设备紧凑 但由于制造上的限制 常用对比关系见表4 表4管壳式换热器外径与中心距的关系换热管外径 mm1014192532384557换热管中心距 mm1419253240485772 管壳式换热器的选用和设计计算步骤 设有一热流体需要冷却 已知 qm1 cp1 t 1 t 1 qm2 cp2 t 2 选择了t 2 可以计算出Q tml K 与换热器结构形式及尺寸有关 为确定换热器的传热面积A 必须通过试差计算 试差计算的步骤如下 1 初选换热器的尺寸规格a 初步选定换热器的流动方式 由t 1 t 1 t 2 t 2确定流体在换热器中两端的温度 计算定性温度 确定在定性温度下的流体物性 计算 tml 和 的数值应大于0 8 确定壳程数或调整加热介质或冷却介质的终温 t 2 b 根据经验 或查相关的表 估计传热系数K估 计算传热面积A估 c 根据A估的数值 参照系列标准选定换热管的直径 长度及排列 如果是选换热器 可根据A估在系列标准中选择适当的换热器型号 接下去的计算步骤是检验初选的换热器是否符合实际条件下的要求 2 3 4 2 计算管程的压降和传热系数 a 参考表选定流速 确定管程数目 计算管程压降若管程允许压降已经有规定 可由上式计算管程数Ns b 计算管内传热系数hiK估 和 则应重新估计K估 减小 另选一台换热器型号进行试算 3 计算壳程的压降和传热系数 a 参考表选定流速 选定挡板间距 计算壳程压降 若压降不符合要求 要调整流速 再确定管程和折流挡板间距 或选择其它型号的换热器 重新计算压降直至满足要求为止 b 计算壳程传热系数hO 若其太小 可减少挡板间距 增加挡板数 4 计算传热系数 校核传热面积 例 管壳式换热器的计算 某化工厂拟采用管壳式换热器回收甲苯的热量将正庚烷从80 预热到130 已知 正庚烷的流量qm2 40000kg h 甲苯的流量qm1 39000kg h T1 200 管壳两侧的压降皆不应超过3kPa 正庚烷在进出口平