换热器的选型和设计指南

..精品精品热交换器的选型和设计指南概述 1换热器的分类及构造特点。 1换热器的类型选择 2无相变物流换热器的选择 11冷凝器的选择 13蒸发器的选择 14换热器的合理压力降 17工艺条件中温度的选用 .8管壳式换热器接收位置的选取 19构造参数的选取 19管壳式换热器的设计要点 23空冷器的设计要点 .2空冷器设计根底数据 35概述计算方法。换热器的分类及构造特点。表2－1换热器的构造分类固定管板式刚性构造：用于管壳温差较小的状况(一般≤50°C)，管间不能清洗带膨胀节：有肯定的温度补偿力量，壳程只能承受较低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合管壳式U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函：管间简洁漏泄，不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较高的介质管内填料函：密封性能差，只能用于压差较小的场合式釜式壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分别套管式双套管式构造比较简单，主要用于高温高压场合，或固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋浸没式用于管内流体的冷却、冷凝，或者管外流体的加热盘管式喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板式拆洗便利，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板可进展严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热能板伞板式伞形传热板构造紧凑，拆洗便利，通道较小，易堵，式要求流体干净板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高扩展板翅式构造格外紧凑，传热效率高，流体阻力大外表管翅式适用于气体和液体之间传热，传热效率高，用于化式工、动力、空调、制冷工业盘旋式盘式传热效率高，用于高温烟气冷却等蓄热鼓式用于空气预热器等式固定格紧凑式适用于低温到高温的各种条件室式非紧凑式可用于高温及腐蚀性气体场合换热器的类型选择换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，假设换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的转变。型时需要考虑的因素是多方面的，主要有:热负荷及流量大小流体的性质温度、压力及允许压降的范围对清洗、修理的要求设备构造、材料、尺寸、重量价格、使用安全性和寿命对于型式的合理选择、经济运行和降低本钱等方面应有足够的重视，必要设 计 达 到 该 具 体 条 件 下 的 最 佳 设 计 。管壳式换热器管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa，温度可以从-100°C以下到1100°C高温。此外，它还具有容量大、构造简洁、造价低廉、清洗便利等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。特别型式的换热器特别型式的换热器包括有:板式换热器、空冷器、多管式换热器、折流杆式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器和热管换热器等。它们的使用是受设计温度和设计压力限制的。在以下图中给出了特别型式的 换 热 器 的 适 用 范 围 ， 可 供 参 考 表3－1特别型式换热器的使用范围特别型式的换热管特别型式的换热管包括有低翅管、高通量管 (UCC)、Thermoexcell-E、C(日立)及槽管等。常用换热器下表中概括地描述了常用换热器的型式及应用条件和特点。表3－4换热器的类型及应用类型类型换热面积温度压力(最大) 材料特点和应用Types Size(m2)1．管壳式换热器

Temperaturet(°C)

Pressure(kgf/cm2)

Material FeaturesandApplication管壳式(标准型)S&T≤5000-270≤t≤1650600无限制这种类型的换热器被广泛地用在工艺装置中，安全、牢靠。可以通过承受特别类型的换热管来提高其传热性能。折流杆式rodbaffle≤5000-100≤t≤600300无限制通过折流杆支承换热管来消退振动。由于壳侧流淌是纵向的、和有规律的，因此压力损失较小，适用于允许压降小的气液或气体系统。多管式multitube≤50-100≤t≤600300无限制因流淌为纯逆流，故具有较好的传热推动力,当换热面积相比照较小并且两流体温度穿插时，可考虑承受此型式。另外，假设壳侧传热不好，可使用翅片管来强化传热。蛇管式coiledtube≤2023-260≤t≤600200铜铝不锈钢碳钢在低温系统中，因不宜承受铝材板翅式换热器，而常常使用蛇管式换热器。纯逆流流淌，传热可在两股以上流体间进展高弹性的构造可以抑制热应力在高温的气气换热时，可采用不锈钢材料。2．单管式换热器套管式doubletube≤10-100≤t≤600300铜铝不锈钢碳钢当传热面积比较小(10m220m2)时，一般选用套管式换热器。流淌为纯逆流，制造本钱低，修理简洁，但是紧凑性较差。长号式≤100-50≤t≤300300铜也称作冲洗式，水被从管侧上Trombone铝处喷下，加热或冷却管内流体不锈钢常常用在利用海水作介质的液碳钢化石油气加热器中。构造简洁并易于修理，但是设备占地面积较大。蛇管式≤100≤t≤300300铜、铝蛇管式换热管常常被插在罐中coil不锈钢用以加热或冷却罐内的液体。碳钢类型换热面积温度压力(最大)材料特点和应用TypesSizeTemperaturePressureMaterialFeaturesandApplication(m2)t(°C)(kgf/cm2)板式≤2023-40≤t≤20025钛构造紧凑，易修理。在液 液plate(gasket)不锈钢换热设备中传热系数较高，实等际应用范围广泛。也可于气体冷却、冷凝或沸腾传热。螺旋板式≤200-90≤t≤40020碳钢主要有逆流和错流两种形式。spiral不锈钢当温度存在穿插时，最好选用钛等逆流形式,而当气体冷却或冷凝时,由于错流流淌压力损失小，故常承受此形式。另外,要慎重选择流体的流路尽量避免由于两股流体流率不平衡而造成的设备传热性能的降低。4．翅片式换热器空冷器≤2023≤500500碳钢空冷器和管壳式换热器相比，air_cooled(airtemp.:不锈钢安装面积大，对空冷器需作包-60 +50)翅片：括构造价格、耗电等因素在内铝、的综合费用分析。通常当物流碳钢出口温度高于环境温度15°C20°C或更高时，使用空冷器较为经济。板翅式≤10000－260≤t70铝板翅式换热器通常用于低温过platefin≤100(铝)不锈钢程。其传热性能好、重量轻、铜构造紧凑，适应性广，可用于单相流淌、冷凝器和蒸发器中对高温体系中的气 气换热，目前正渐渐使用材质为不锈钢的板翅式换热器。对铝合金制造的板翅式换热器，可利用其低温延展性和抗拉性好的特点，特别适用低温或超低温场合。热管<2023-40≤t≤35010碳钢流淌阻力小、体积小、构造紧heatpipe不锈钢凑。由于热管可在热流体和冷铜流体两侧通过增加翅片来扩展受热面，因而大大提高了气气换热器的传热量，用在气气换热器中最为有效。类型换热面积温度压力(最大)材料特点和应用TypesSizeTemperaturePressureMaterialFeaturesandApplication(m2)t(°C)(kgf/cm2)5．特别材料的换热器石墨≤700≤1607不渗透构造有：管壳式换热器、块状carbon性石墨换热器等。聚四氟乙烯≤80≤1505聚四氟管壳式和浸泡式换热器，重量teflon乙烯轻、构造紧凑。机械性能较差，只适用于低压工况。玻璃≤25≤2809耐热玻玻璃换热器有盘管式、喷淋式glass璃管壳式、套管式等型式。常用在空气预热器或节能装置中，回收露点以下的排放气热量。6．特别换热管低翅管 ――――――碳钢管子外表的翅片可增大换热面lowfintube不锈钢积2 3倍。与一般管子有着相铜合金同管外径的低翅管常常用作管壳式换热器的传热管。当壳侧传热系数低于管侧时，使用低翅管较为抱负。低翅管也同样可用在冷凝和沸腾传热中。沸腾用传热强――――――碳钢典型的强化传热管即：高热通化管不锈钢量管(UCC)、Thermoexcell-Eenhancedtube铜合金(日立)等。在沸腾传热系数低、温forboiling差小(10°C)的蒸发器中，常常使用强化传热管。上述管子均可提高传热系数1020倍。冷凝用传热强――――――碳钢典型的强化传热管即：槽管、化管不锈钢Thermoexcell-C(日立)、低翅enhancedtube铜管等。使用上述管子均可提高for传热系数2 5倍。condensation选取能最好发挥其特点的适宜的换热器。condensation管壳式换热器封头和管程数的选取因管壳式换热器最为常用，下表3－5中给出了其封头选取的一般要求，表3－6，3－7中给出了换热器的管程数限制值。表3－5TEMA端部型式的选取污垢管侧系数壳侧管束型式清洗管侧方法(1)壳侧前端固定式管箱(2)尾端封头类型≤0.00018全部U型管－－A或B(3)－≤0.00035全部U型管C－A或B(3)－M(4)－A－可抽式CCA或B(3)S或T(5,6)MCAS或T(5,7)CMA或B(3)S或T(5)MMAS或T(5)≤0.00035≤0.00035固定式CCA,B或C(8)L,M或N(9,10)MCAL>0.00035全部U型管M(4)－A－可抽式－CAS或T(5)－MAS或T(5)>0.00035≤0.00035固定式－CAL见附图一化学清洗；M：机械清洗，包括高压水力喷射清洗。(2)A：当管侧或壳侧腐蚀裕度为3.0mm时，首选封头型式。(3)B：常用的、较为经济的封头型式。(4)只用于管内侧可用高压水喷射清洗的冷却水系统。(5)一般使用S形型头，除非有特别要求时选T型封头。0.00035时,可以使用不行拆端盖。当壳侧污垢系数≤0.00035并且管侧可用高压水喷射清洗时，T型封头可 使 用 不 可 拆 端 盖 。B或C：常用型式，比A型经济。N：常用型式，比L型经济。3.0mm时，首选封头型式。表3－6各类换热器管程数限制U型管式带双开卡环的浮头式带填料函的浮头式

管程数限制任意数；前、后两端均有分程隔板节；一般不用于单管程换热器。任意数壳内径<250壳内径<250最大管程数412701225051065107608760102010据不同的工艺条件来安排物流下表从不同的工艺条件动身给出了换热器的一般选型准则。从换热器经济设计的角度考虑，对管、壳式换热器应首先着重考虑物流的安排问题，假设两流体温度穿插(即：高温流体的出口温度低于冷流体的出口温度)，应考虑选流淌型式为逆流的换热器。尽管对管壳式换热器可以选F型壳体，但因纵向隔板间会发生热量和流体泄漏，因此多数状况下不推举使用此种型式的壳体 。表3–8工艺条件和物流的安排工艺条件管壳式换热器推荐使用的特殊类型的换热器壳 侧管 侧高压√U型管式高温√U型管式、蛇管式大污垢系数√板式和螺旋板式换热器高粘度流体√板式和螺旋板式换热器,强化湍流设备(例如扭管)和静态混和器等低压力降√√X型壳体、折流杆式换热器和螺旋板式换热器低流率√板式、螺旋板式、套管式及多管式换热器腐蚀性流体√选用耐腐蚀材料和特别材料(石墨、玻璃、聚四氟乙烯等)的换热器低温度差√√逆流型式的换热器。如：单管程、多管式、螺旋板式及板式换热器等，并可使用强化传热管。温度穿插√√逆流型式的换热器，如：单管程、多管式、螺旋板式及板式换热器。冻结的流体√刺刀式、和带boxorboot的换热器冷却系统中换热器的选取度较高时，应当考虑选择空气冷却器。通常空冷器比其它类型的换热器经济，设备回收期短，当工艺流体的出口温度高于大气环境温度15°C 或更高时，选择空冷器比较抱负。固然对空冷器需做包括构造价格、耗电等因素等在内的综合费用分析。而使用水冷系统时也应考虑包括供水、处理、循环使用及废水处理等费用。依据技术经济比较，在气候适宜的地方，当工艺 物 料 的 最 低 温 度 大 65°C，选用空冷最为适宜；而当工艺物料的最低温度小于50°C，则宜用水冷；在这两温度之间，则应作具体的经济分析，以确定用何种型式。一般来说，当工艺流体温度较低时，使用空冷器和管壳式水冷器的混合系统比较合理，通常高于60°C的局部热量用空冷器取走，其余局部热量用水冷器取走。3.7.1选用空冷器的原则冷却水供给困难，水冷的运行费用过高；水冷引起结垢和腐蚀严峻;。符合以下条件时，选用空冷更为有利:空气进口温度设计值<38°C热流体出口温度与空气进口温度之差>15°C有效对数平均温差≥40°C热流体凝固温度<0°C热流体出口温度的允许波动范围≥管侧允许压力降>10kpa2300w/m2.K8)0.0002m2.°C/W4无相变物流换热器的选择

3 5°C无相变流淌的换热器应遵循表3－8中的通用规章。在大多数状况下，单相流淌可以选用特别型式的换热器，这些换热器下表中不同类型换热器的传热系数值。常 用 换 热 器 的 总 传 热 系 数 Kcal/(h.m2.°C)流股A流股B管壳式板式螺旋板其它型式水冷却水70040001500选板式换热器较抱负烃类(μ<1cp)冷却水50015001000考虑板式换热器或空冷器烃类(5cp<μ<10cp)冷却水2501000600气体(1bar)冷却水7020080假设选用低翅片管，总传热系数可增大两倍以上。U＝150(气体1bar)折流杆式换热器的压力损失小。另外，X型壳体、和螺旋板式的压力损失也较小气体(5bar)冷却水150200200c.为防止管子振动破坏，可选用气体(10bar)冷却水260200300折流杆式换热器、管窗内不排管气体(20bar)冷却水330――――的管壳式换热器d.假设气侧设计压力低5kgf/cm2(g),考虑用高翅片管e.空冷器和管壳式换热器的总传热系数相当流股A流股B管壳式板式螺旋板其它型式烃类(5cp<μ<10cp)烃类(5cp<μ10cp<150600400假设在管壳式换热器中流淌为层流，则使用板式换热器较为理想、合理。气体(1bar)气体(1bar)40――――a.热管换热器的总传热系数400(5kgf/cm2)气体(5bar)气体(5bar)100――――b.低压降型式的换热器：折流杆式、X型壳体。这两种型气体气体180――――c.紧凑式换热器：板翅式换热器(10bar)(10bar)(铝材或不锈钢)。气体气体250――――d.高温工况：板翅式(不锈钢)蛇(20bar)(20bar)管式换热器(总传热系数和管壳式换热器相近)。气体烃类60――70对高粘度流体可选用螺旋板式(1bar)(μ＝10cp)换热器。气体(5bar)烃类130――150(μ＝5cp)气体烃类330――――(20bar)(μ<1cp)蒸气冷却水900――1500选错流型式的螺旋板式换热器。蒸气烃类700――1200选错流型式的螺旋板式换热器。式的总传热系数U相近。对水－水系统(包括海水)首选板式换热器。板式换热器在价格、重量、紧凑性方面都是最好的。但要留意污垢系数应小于任何管壳式换热器，它的传热性能通常打算于厂商供给的板片形式。式的总传热系数U相近。15°C器。

20°C或更高时，考虑用空冷对管壳式换热器，常常使用低翅管来增加壳侧的传热。一般壳侧传热系数会有两倍或三倍的提高。特别当壳侧传热系数低于管侧一半时，承受低翅管特别有效。当某一流体在管侧的传热系数过低时，则考虑变换管侧流淌为壳侧流淌，并选用低翅管。当流体较脏时，会有很多未知因素造成换热器的严峻 结 垢 ， 因 此 不 要 使 用 低 翅 片 换 热 管 冷凝器的选择冷凝侧的工艺条件。对冷凝器的选取应在考虑了3-8表中的通用选型规定外，并同时考虑下表中的工艺条件。冷凝器选型指南工艺条件水平管侧垂直冷凝方向水平壳侧方向冷凝垂直方向方向向下流向上流错流折流向下流向上流单组份好好尚好－好好好尚好－不多组份好好不好尚好－不好好好好尚好－不好不好含不凝好好不好尚好好尚好不用气过冷气不好好不用不好不好尚好不用压力降高好好不用尚好好好不用低尚好好尚好好尚好尚好尚好冷却剂液体好好好好好好好气体好好好好好好好沸腾好好好不好不好好好当冷凝器的冷凝温度高于环境温度15°C 或更高时，考虑使用空冷器。特别类型的换热器有时也可用做冷凝器，下表中给出了几个常用的实例 。

应用实例蒸汽冷凝器和烃类冷凝器(常用在塔顶馏出物冷凝器中)冷冻剂冷凝器间距，并需要留意考虑金属温度、冷凝液流淌和不凝气的放空等问题。也可使用特地的防冻剂冷凝器或刺刀式和带有冷凝液排出箱的冷凝器。在冷凝器中为了强化传热，也常常使用强化传热管，如：低翅管、Thermonexcell-C(日立)和槽式管(垂直使用)。低翅管较普遍地用于工艺装置数两倍至五倍。但应高度重视它们的结垢问题。蒸发器的选择蒸发器或再沸器可以分成(1)内置式、(2)釜式、(3)卧式热虹吸式、(4)立式热虹吸式、(5)强制循环式。在下表中列出了各种蒸发器的特点。蒸发器的类型及特点类型沸腾模型特点(1)内置式壳侧池内沸腾不需要壳体和接收，因此设备造价低。由于是塔内置的形式，管束长度受蒸馏塔直径限制，故尺寸有限。换热面积大，换热率低，易结垢。(2)釜式壳侧池内沸腾尽管需要有较大的壳径来分别气体和液体，但因管线系统简洁，设备造价并不高。简洁修理和清洗，简洁操作和掌握。但换热面积大、换热率低，易结垢，用短粗管束时蒸汽会掩盖换热管。低，易结垢，用短粗管束时蒸汽会掩盖换热管。卧式热虹吸式壳侧沸腾 为获得好的流体分布，通常使用多个接收，这样造成了管线系统的简单，提高了设备价。有较高的换热率，简洁修理和清洗，可掌握性好，不易结垢。立式热虹吸式管侧沸腾 设备被直接安装在塔旁由于管线系统简洁,故设备造价低。换热率很大，不易结垢，占地面积小，可用于真空和低压系统。为获得好的循环，可能需要比较高的塔裙高度。管长通常受塔裙高度、传热面积的限制。修理和清洗困难，不能用于有过流量和突然脉动可能的系统，当沸点有较高的提升时会使蒸汽的发生率较低。强制循环式 壳侧或管侧沸腾

用泵使液体流淌并进展循环。它可以维持很高的循环率，因此结垢较少。它们也适用于粘性和固体－润滑液体，沸腾传热可以发生在管内也可以在管外，能够处理粘性较大的流体。管内强制循环再沸器更适用于结垢性、粘性和有悬浮粒子的液体以及低压系统。在多数系统中一般适合承受外沸腾管束。另外，循环率是受到泵掌握的，因此要考虑泵动力消耗的费用，可以通过流体的循环体积、首期投资和操作费用来优化计算循环率。对蒸发器或再沸器，传热性能可能会因设备型式的选择、沸腾侧的工艺条及混合液沸腾范围在内的工艺条件。蒸发器或再沸器选型指南工艺条件工艺条件再 沸 器 类 型操作压力釜式或内置式卧式壳侧热虹吸式立式管侧热虹吸式强制流淌常压EGBE接近临界压力B-ERRdE真空BRRdE设计温差适中EGBE大BRG-RdE小(对混和物)FFRdP格外小(纯组份)BFPP污垢清洁GGGE中度RdGBE严峻PRdBG格外严峻PPRdB混合液沸腾范围纯组份GGGE窄馏分物质GGBE宽馏分物质FGBE格外宽的馏分物(粘性液)F-PG-RdPBB(best):最好;G(good):好的;F(fair):尚好,但可选更好的;Rd(riskydesign):危急的，除非留神设计，但在有些工况下可做其它更好的选择;R(risky)：由于数据不充分，冒险;P(poor):不好的操作；E:(operable)可行，但是增加了不必要的费用。对卧式循环式的蒸发器或再沸器，为了避开在壳侧两相流淌的流体气－液相分别，推举使用G型壳体或H型壳体，而当使用E型壳体或J型壳体时，应选择横向流动，并尽量使管长与壳径之比等于5或小于5。(1)塔侧面与再沸器顶部相连型式，(2)塔和再沸器直接相连的型式。对纯组份的沸腾，(1)、(2)两种接收型式均可。而对混合物的沸腾，最好选用(1)形式的接收。热虹吸再沸器的循环是靠入口和出口管道之间的水力静压差来维持的。为了到达较高的循环率并且很好地掌握它，应当减小管道中的压力降。这就需要慎重地选择管道直径、材料、布置方式、阀门、弯头及其它管件。是可行的，应通过对温度差、循环率和传热性能的综合考虑来选择何种为最好。几个应用实例。换热器的型式板式换热器热管换热器换热器的型式板式换热器热管换热器应用实例冷冻剂蒸发器冷冻剂蒸发器壳侧蒸发器换热器的合理压力降行费用之间进展一个经济技术比较。在下表中给出了常用的换热器的压降值，可供计算时参考。管壳式换热器、空冷器和套管式换热器物物流压 降 值蒸汽(真空)液体F型壳体，壳侧压降35153.570Kpa35Kpa14Kpa<3.5Kpa0.470351.6Kpa170Kpa70Kpa〔Max.〕板翅式换热器物流物流气体和蒸汽液体压 降 值52020Kpa55Kpa对管壳式换热器也可按下表选取合理的压力降操作状况操作压力合理的压力降减压操作P＝0 100Kpa(abs)P/10低压操作P＝0 70Kpa(表)P/2P＝70 1000Kpa(表)P＝1000 3000Kpa(表)35Kpa35 180Kpa较高压操作P＝3000 8000Kpa(表)70 250Kpa工艺条件中温度的选用60°C，以免结垢严峻。高温端的温差不应小20°C，低温端的温差不应小于5°C。当在两工艺物流之间进展换热时，低温端的温差不应小于20°C。的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。5°C。温差不应低于10°C。露点，一般低5°C。度必需高于其水合物露点(或冰点)，一般高510°C。换热器的设计温度应高于最大操作温度，一般高10BCD 41A2-94)。管壳式换热器接收位置的选取换热器接收位置建议遵循以下原则：

30°C(详见被加热或被蒸发的流体，不管是在管侧或壳侧，应从下向上流淌被冷凝的流体，不管是在管侧或壳侧，应从上向下流淌10构造参数的选取换热管的选取引起的热应力；管侧和壳侧流体的腐蚀性。管 型常用换热管为光管和外翅片管，近几年一种型换热管－波节管也常被用于采暖、供热上，另外，高通量强化管也被用于某些特定的场合。在选取换热管时要充分考虑其可用性、适应范围及管材价格。管壳式换热器通常惯例使用光管作换热管，它可以用任何材料做成，并满足有较宽的管壁范围，这种型式的换热管适用于全部管壳式换热器。低翅管的翅片可将光管的外外表积。当壳侧污垢系数小于0.00053m2.K/W时使用低翅管较为经济，但它不行用在腐蚀速率超过0.05mm/年的场合，由于此时翅片的寿命将只有3年或更短。对同样长度和壁厚的光管来说，翅片管的价格要高出其50% 70%，因此，只有当光管的管外总阻力与管内总阻力之比大于或等于3时，需要承受外翅片管。这种状况常常会发生在用蒸汽加热的再沸器、预热器、水冷器和处理有机流体的冷凝器中。但假设光管的管外总阻力与管内总阻力之比小于 时，可作一下具体的经济比较，因假设承受外翅管可减小壳径，降低本钱，故哪种管型较合理需具体状况具体分析。翅片管的另一个特别用途是解除瓶颈问题，扩大现有设备的力量。而当传热壁两侧传热膜系数都很小时，宜用两面带翅的设备，如板翅式换热器或外翅管内加麻花条或螺旋线强化器。管长管长的选取是受到两方面因素限制的，一个是材料费用，另一个是可用性。长一点的管子(12.2m21.3m的铜合金管)通常只在美国可以得到。但是6m长的换热管则是很普遍的。无相变换热时，管子较长则传热系数也增加，在一样传热面时，承受长管较好，一是可削减管程数，二是可削减压力降，三是每平方米传热面的比价低。但是管子过长给制造带来困难，因此，一般选用4 6m的换热管。对于大面积、或无相变的换热器可以选用8 9m的管长。在冷凝器中选用长管子的一个缺点是会增大设备放置平台的增加设备的占地面积。管 径 和 壁 厚管径愈小换热器愈紧凑、愈廉价。但是管径愈小换热器的压降将增加，为了满足允许的压降，一般推举选用19mm的管子。对于易结垢的物料，为了清洗便利，承受外径为25mm的管子。对于有气－液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径，例如再沸器、锅炉，多承受32mm的管径，直接火加热时多承受76mm的管径。常用国内换热管的规格见表10－1。表10－1常用国内换热管的规格材材料钢管标准碳钢GB8163-87外径x厚度mm10x1.514x219x225x225x2.532x338x345x357x3.510x1.514x219x2不锈钢不锈钢GB2270-8025x232x238x2.545x2.557x2.5折流板的选取度，以增加传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。折流板型式可分为单圆缺形、双圆缺形和三圆缺形。在要求压降小的状况下，也可选用环盘形折流板，但传热较差，应用较少。孔流形折流板使流体穿过折流板孔和管子之间的缝隙流淌，压降大，仅适用于清洁流体，应用更少。折流杆用正在不断增加。折流板圆缺位置，削减壳程底部液体沉积。而在带有悬浮物或结垢严峻的流体所使用的卧式冷凝器、换热器中，一般承受垂直型折流板。折流板圆缺高度单圆缺型折流板的开口高度为直径的10 双圆缺型折流板的开口折

25％。流 板 间 距折流板的间距影响到壳程物流的流向和流速，从而影响到传热效率。最小的折流板间距为壳体直径的1/5并大于50mm。然而，对特别的设计考虑可以取较小的间距。由于折流板有支撑管子的作用，所以，通常最大折流板间距为壳体直径的1/2并不大于TEMA规定的最大无支撑直管跨距的0.8倍。防旁流设施密封条如下：DN≤500mm时，一对挡板；500mm<DN<1000mm时，两对挡板；DN≥1000mm时，三对挡板固定管板式和U型管式换热器不必使用密封条，由于这些设备壳体于OTL的间隙不大。在有相变发生的设备中，即使间隙很大也不使用密封条，要不是由错流流淌打算的。盲管〔带定距管或不带定距管〕代替。缓冲挡板当非腐蚀性液体在壳程入口管处的动能ρυ2>2230kg/m2.s,腐蚀性液体ρ流为气体和饱和水蒸汽或者为气－液混和物时，这些物流将对入口处的管子进展冲击，引起振动和腐蚀。为了保护这局部管子 应 设 置 缓 冲 挡 板 。管壳式换热器的设计要点计算结果、调整计算，而设计出满足工艺需要的、传热效率高的换热器。11.1设计计算的根本模型及换热器的性能参数a.冷、热两流体间热量平衡Qreq=(WCpΔT)hot=(WCpΔT)coldW--流体质量流量hot--热流体cold--冷流体ΔT--进出口温度差b.传热率方程Qact=(A)(ΔTm)(1/ΣR)ΣR=(1/hi)o+(1/ho)o+(Rf)o+(Rw)oΣR--总热阻A--传热面Rf--两流体的污垢热阻金属壁面热阻ΔTm--平均温度差O--通常换热计算以换热管外外表为基准c.Qact≥Qreqd. 对 压 力 降 的 限 制 条 件(ΔPi)act≤(ΔPi)allow(ΔPo)act≤(ΔPo)allowΔP--压力降下标i表示管内换热器的计算类型的密度、比热容、粘度、导热系数、外表张力。a.设计计算Design使其构造最优、尺寸最小。对设计计算应先确定以下根本的几何参数：－－管长－－管间距－－流向角b.校核计算Rating寸来看其是否能满足传热要求。校核计算应以下根本的几何参数：－－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/管壁厚11.2.1设计元素的选取设计计算时应考虑以下的几个根本设计元素：－－壳体型式：TEMAE，F，G，J，K，X。－－壳内径：通常最大为2米。－－换热管几何尺寸：光管、翅片管管径(19mm,25.4mm等)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倍的管子外径的支承板。最终计算结果的分析目前，换热器计算常用的计算软件为美国的 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计算软件。当设计计算完毕后，如何依据实际的工况，来推断计算结果是否满足要求，消灭问题后如何解各项。总体设计尺寸瘦长型的换热器比短粗型要经济，通常状况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。对立式热虹吸热

10之内。阻 大 小首先依据流体的物系及实际阅历来推断一下传热系数值是否合理，应特别留意管内雷诺数的大小。在层流流淌(管侧Re<2023,壳侧Re<300)和过渡区流淌中，应使用分段计算的方式(HTFS程序无此功能)，以确保传热系数值计算的正确。在评估量算结果的同时，应考虑程序计算的准确度。假设热阻在管侧和壳侧分布平衡，则该设计是好的，假设一侧热阻值过大，应当分析缘由，分析管、壳侧冷、热流体的分布是否合理，假设是由于某一侧污垢系数过大而引起的，则可不必进一步修改原设计。设计余量换热器设计计算时设计余量值的大小取决于计算精度、实际阅历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，过大的余量反而会造成水流速的降低。但对层流和过渡区流淌，由于计算精度不好，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计算精度后打算。对再沸腾器，过大的设计余量反而是无益的，特别是在设备运转初期，会发生如掌握困难等操作问题。另外，有些设计计算，为了满足允许压降值的限制，可能会造成设计余量较大，此时应依据实际阅历来判定计算结果是否正确或对允许压降值的大小作适当的调整。压降的利用和分布允许压降必需尽可能加以利用，假设计算压降与允许压降有实质差异，则必需尝试转变设计参数。在校核了计算所得压降值是否小于允许值之后，应对压降的分布作进一步的校核，这其中包括有进、出口接收处压降、错流和管窗流的压降,压力降必需大局部分布在换热率高的地方，如横掠管束的错流流淌处；假设在接收或管窗处的压降占总压降的比例较大，应考虑增大接收尺寸及折流板间距。一般对进、出口接收的压降期望掌握在总压降的 30％左右。特别对有轴向接收的换热器，接收局部的压降最好掌握在总压降的30％以下，否则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展冲击，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 计 算 压 降 时 要 有 所 考 虑 计并考虑增加允许压降的可能性。流速允许压降范围内应尽量选高一些，以便获得较大的换热系数和较小污垢沉冷却水系统，设计计算时可参考下表中推举的值(碳钢管)。管壳侧管壳侧侧最小流速1.0m/s0.5m/s最大流速3.0m/s1.5m/s推荐值1.5m/s0.71.0m/s对冷却水以外的单相和两相流用ρv2值推断。对壳侧进口流速，按TEMA规定ρv2值不能超过5950Kg/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22.5倍，气体和蒸汽的流速可在830m/s之间。壳侧流路分析HTRI程序在计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流的推举值。流路B－－错流流路；流路名称 FlowFraction流路E－－折流板与壳内壁之间的泄漏流路；流路名称 FlowFractionB错流>0.6(湍流，Re>300)>0.4(层流，Re>300)B流路对传热有利，其值应尽量大。C旁流0.1C，F值最好不超过0.1,为满足这一条F件，可使用密封装置。对浮头式或小壳径壳体的换热器，假设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板圆缺位置。A泄漏流0.15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，但此时对壳侧压力损失应留有余量，最好计算一下。一但间隙被堵塞，壳侧压降为多大。E泄漏流0.05E值会造成温度剖面的变形，假设E值大于0.15,可使用双圆缺折流板。最大限度地加大B－stream(错流)，削减泄漏流，而事实上漏流不行能也对折流板的设计分析合理。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2050 ％ 之 间

而板间距则掌握在壳体直径30并 不 应 小 于 50mm 避开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0.90.92之间。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X－flowWindow内的速度大并且越接近越好。假设壳侧压降受到允许压降的限制，考虑使用双圆缺折流板，假设还是不行，考 虑变化壳体型式，选用TEMA的J、G、H、X型壳体。有效平均温差程序中是这样描述有效平均温差的:EffectiveMTD=(LMTD)(F)(DELTA)其中：LMTD为对数平均温差F＝(TUBE)(BAFFLES)(F/G)(HOT/COLD)TUBE:即Ft，是对管侧多管程流淌的修正系数。通常设计计算时应保证Ft大于0.8。当Ft小于0.8时,换热器的经济效益是不合理的，此时应另选其它流淌型式，以提高Ft值。如：增加管程数或壳程数，或着用几台换热器串联，必0.5＝0.75,也能承受。

1.0°C穿插时，FtBAFFLE:即折流板数修正系数。当折流板数较少时，壳侧流体的混合流淌性能较低，故需进展修正。通常此值等于1.0。DELTA:温度变形系数。这个系数是用来计算E流对温度差的影响大小的。设计计算时期望δA0.8,假设δA0.8,应考虑承受E流路小的折流板型式，也可增加换热器的串联数。HOT/COLD：是对由于物性参数变化而造成的总传热系数变化的修正，通 常 为 0.981.0 F/G：在TEMAF型壳体和G型壳体中，有一纵向横隔板，F/G就是对通过此板的热量泄漏的修正。假设F/G0.95,考虑使用保温板或增加壳程串联数。总传热系数合实际阅历来评定。管子振动换热管的管束属于弹性体，被流过的流体扰动，离开其平衡位置，管子产生振动。在壳侧，拉杆和隔板也有振动的倾向，但这些部件的刚性比管子大，所以不简洁被激起振动。设计计算完毕后为保证换热器的稳定操作，应校核计算结果中的有关管振动各项数值，如：临界流淌速度(criticalvelocity)、涡流脱落(vortexshedding)、湍流抖振(turbulentbuffeting)、声音共振(acousticresonance)和振幅等。通常当折流板间距(包括进、出口处)超过400mm时，有可能发生管子振动。当壳侧物流为液体时，需认真检查临界流淌速度及涡流脱落频率值的大小；而当壳侧物流是气体时，应认真检查临界流淌速度、涡流脱落、湍流抖振、声音共振和振幅等值是否满足无振动的要求。假设由于在进、出口处的折流板间距过大而造成了振动，可通过在接收口下增加支撑板来避开。另外为避开振动的发生，折流板间距应小于 TEMA最大不支撑长度的80％。如何调整设计方案，得到最正确计算结果问题。传热系数为控制因素时总传热阻力的大小主要是由壳侧、管侧、污垢和管子的金属阻力来打算何种方法，可以提高传热系数值。提高壳侧传热系数的方法－使用低翅管－减小换热管外径和管间距－提高B流速度(可使用密封设备或减小壳体和折流板之间的间距)－选用F型或G型壳体提高管侧传热系数的方法－减小管外径－增加管长－变换流淌分布，管侧流淌改为壳侧流淌压力降为掌握因素时a.可通过下述方法来减小壳侧压力降－使用双圆缺折流板或管窗内不排管－选用TEMAJ型壳体－增加管间距－转变流向角，可选用45°或90°－增大管子外径－减小管长温差推动力为限制因素时为提高温差推动力，最好选用纯逆流型设备。－增加壳程数－减小E流的大小设 计 中 预 料 到 振 动 时 应 采 取 什 么 措 施应实行以下措施中的一种或多种，以降低扰动频率或增加自然频率。减小管子跨距长度：这可以增加自然频率同时也使错流速度增加。这个目的，结果是使扰动频率降低。转变折流板型式：折流板窗中无管的设计，使全部的管子都受到支增加自然频率。进口管直径、防冲板，并围绕壳体安装一个挡板，以便供给较大的进口面积，这样可以削减干扰频率。增加折流板厚度。将管与折流板孔之间的间隙减至最小。折流板材料不应比管子材料硬。使用厚壁管并使管子紧固。假设估量有声学振动，则可承受解谐隔板。堵塞全部旁路流和流程分隔漏流，由于这些地方流速高 (由于流淌阻力)，可能局部损坏管子。在上面1)3)项中，换热器的热力性能和压降都必需重计算。第4)9)项不明显影响换热器的热力性质。第5)8)项增加了自然频率。第10)项可以加强热力性能。空冷器的设计要点空冷器主要由管束、风机和构架组成。设计计算的目的是要估算出换热面积的大小、设备占地面积及电机功率。空冷器的管束通常是由几排以 30度角排列的管子组成的矩形管束，与空气进展逆流传热，即热流体进入管束的上部，而空气则垂直向上通过管束，设计计算时要考虑运输条件对管束最大宽度和层数的限制，通常单片管束的宽度可到3.6米，最大层数为8。尽管在管子系列中可供选择的管子有很多，但多数状况下常选用9米长的换热管。另外，选长管子和多管层的管束在单位面积上所占的空间较小。空冷器的优缺点在3.7.1中已对空冷器的选用原则作了描述，为进一步了解空冷器的优缺点，选择适宜的空冷器，现将其优缺点列表如下：优 点空气不计费用，随地可取装置地点不受气源限制空气很少有腐蚀性，不需要防垢和清扫(海边状况除外)操作费用低，由于压降仅为1225mm水柱

缺 点空气比热小，要求换热面积大只能冷却到干球温度，热流体出口温度较高风机有噪音和振动受气候影响大对环境污染少 5.安装时要考虑四周其他设备或建筑物的影响，防止形成热环流修理费用低，仅为水冷的2030％风机型式

热流体出口温度波动较大，准确掌握较困难设计时技巧性强空冷器按通风方式分类有鼓风式 (forceddraft)和引风式(induceddraft)两种，每种型式都有其特点，在选用前要认真权衡考虑。鼓风式空冷器的优点:当空气侧温升大于28°C时，风机功率通常较小;风机可设于地面，装置紧凑，修理便利，并因风机和V形皮带组合件空气侧传热膜系数由于风扇叶片的扰动而增大，相对可节约功率消耗;可通过掌握空气的再循环，来避开冷冻物和凝固物的产生;93°C或进口工艺物料的温度超过121°C时，推举使用鼓风式风机，而在空气出口温度较高，风机停顿或在低空气流量的状况下运行时，假设选用引风式风时机造成叶片、轴承和V形皮带的损坏；鼓风式空冷器的缺点:在整个管束上的空气安排不均；由于出口流速低，造成热风循环，受气候因素的影响较大;然通风不好;性操作造成困难。引风式空冷器的优点:当空气侧温升小于28°C时，风机功率通常较小;在整个管束上气流分布均匀;由于出口风速大(是鼓风式出口空气速度的2 3倍)，热风循环小;赐予更好的防护，由于引风式的烟囱自然抽力作用比较大，增加了太阳、降雨、冰雹和雪中。引风式空冷器的缺点：空气出口温度不得超过93°C，以保护放在管束上方的风机叶片、轴承和V形皮带不受损坏;由于风扇安装在热空气中，要求风机的功率较大，安装较困难;假设将风机、齿轮和V形皮带放在管束下方，则风机的轴被设计成通过管束，这样将要增大管束的宽度。管束管束的主要部件是翅片管和顶盖。管束的迎风面积是它的长度乘宽度，空气通过管束的净有效面积约为管束迎面面积的50％。标准空气的迎面速度(FV):1.5管子

3.6m/s。常用的管子外径为25.4mm，翅片高度为12.7 15.9mm，翅片间距为3.62.3mm，管子三角形节距为50.8 63.5mm。扩展外表与光管外外表的比值约为7 20。管子的长度是不同的，可以长达18.3米，当管长超过12.2米6.112.5翅片管构造通常应用的翅片管构造如下：

米。嵌入型(mechanicallyembeddedfin)：在拉力作用下缠绕的矩形截面的0.250.05mm的凹槽中，呈螺旋形切入管子外外表，金属设计温度低于399°C。整体型(extrudedfin)：用机械方法将已挤压成型的由翅片制成的铝外管结合在内管或衬管上，金属设计温度低于288°C。重叠L型(overlappedfootedtensionwoundfin)：将L型铝翅片在拉力作用下缠绕在管子外外表上，同时管子被在翅片下边和两翅片之间的重叠根部所完全覆盖，金