管壳式换热器设计注意事项(精).ppt

1、管壳式换热器设计注意事项,换热器的工艺设计计算有两种类型，即设计计算和校核计算，包括计算换热面积和选型两个方面。 设计计算的目的是根据给定的工作条件及热负荷，选择一种适当的换热器类型，确定所需的换热面积，进而确定换热器的具体尺寸。 校核计算的目的则是对已有的换热器，校核它是否满足预定的换热要求，这是属于换热器的性能计算问题。 无论是设计计算还是校核计算，所需的数据包括结构数据、工艺数据和物性数据三大类。,TASC程序使用,（1） 用途 TASC程序可用于管壳式换热器的设计、物性核算或模拟计算。热流体可以为单相流也可以为冷凝流，冷流体可以为单相流也可以为沸腾流；两流体可以流经露点和/或泡点。,（

2、2）计算选择 程序有三种供选择的计算方式： 设计（DESIGN）按费用最佳或面积最小设计。 核算（CHECKING）核算已知的换热器是否达到所规定的热负荷，计算结果为实际面积与所需面积之比。 模拟计算（SIMULATION）按用户规定的两侧物流入口条件，计算出口条件，计算结果为实际热负荷与所需热负荷之比。 核算和模拟计算的主要区别在于前者出入口条件为已知，而后者出口条件是计算出来的。有时将这两种方式都叫做性能计算方式。,（3）几何参数选择,HEAT EXCHANGER NOMENCLATURE USED BY HTFS,1 ：FRONT END HEAD 2 ：REAR END HEAD（RE

3、TURN HEAD） 3 ：TUBE PLATE（TUBE SHEET） 4 ：SINGLE SEGMENTAL BAFFLE（HORIZONTAL） 5 ：SINGLE SEGMENTAL BAFFLE（VERTICAL） 6 ：DOUBLE SEGMENTAL BAFFLE 7 ：LONGITUDINAL BAFFLE 8 ：PASS PARTITION PLATE 9 ：SEALING STRIP 10 ：BAFFLE PITCH 11 ：BAFFLE CUT（%SHELL DIAMETER）,相关项说明, Side for Hot Stream 流体流经管程或壳程的选择，应根据流体的性

4、质，从有利于传热、耐用、减轻设备重量、减少污垢、降低压力损失及便于清扫等方面考虑。 l 温度高温流体、要求特殊材料者走管内，以节省材料，及便于保温；有时为了便于高温流体的散热，也可使高温流体走壳程，但为了保证操作人员的安全，需设置保温层。 l 压力较高压力的流体走管程，可减少壳体厚度。 l 粘度高粘度流体走壳程，容易进行湍流，扰动程度增大，以提高传热系数。 l 腐蚀性及毒性腐蚀性流体走管内，以节省耐腐蚀材料用量；毒性物料走管内，可减少泄露机会。 l 清洁性较脏和易结垢的流体应走管程，以便于清洗。如必须走壳程，则应采用正方形排列，并采用可拆式（浮头式、填料函式、U型管式）换热器。,Tubes i

5、n Window 当换热器流量很大时，为了得到较好的错流和避免流体诱发振动，常常取掉缺口处的管子。,Baffle Type 大多数折流板的效用是提高流速、改变流动方向以提高壳程传热膜系数，并支撑管子防止振动。 l 弓型折流板由于能引导流体以垂直方向错流管束，有利于湍动和传热，应用得最为广泛。一般选用单弓型板。 l 当壳程压降为控制因素时，可采用双弓型板。 l 当壳程进行蒸发、冷凝操作时或者管程传热膜系数很低时，壳程折流板的效果就不很明显，主要起支承作用，有时可以不要折流板。 折流杆结构可使流体穿过折流杆与换热管之间的缝隙，这种换热器要求流量大，其压力降小，且传热效果好，可用于无相变和有相变的场

6、合。,Baffle Cut 弓型切口高度占直径之比。 l 无相变时一般为20 25%，对冷凝或蒸发可达45%。 l 实际上在相同的压力降下，圆缺高度为20%的折流板将获得最好的传热效率。,Baffle Pitch 折流板的间距影响到壳程流体的流向和流速，从而影响到传热效率。 l 折流板之间的距离一般为壳径的0.31倍。 l 当壳程传热膜系数为控制因素时，板距宜小；最小的折流板间距为壳体直径的1/31/2，且不应小于50mm。 l 为了使流动方向垂直于管束，板间距应不大于壳径；由于折流板有支撑管子的作用，所以，钢管无支撑板的最大折流板间距为171d00.74(d0为管外径，单位为mm)。 l 如

7、果必须增大折流板间距，就应另设支撑板。若管材是铜、铝或者它们的合金材料时，无支撑的最大间距应为150 d00.74。,Baffle Cut Orientation 横缺形折流板（horizontal）适用于无相变的对流传热，防止壳程流体平行于管束流动，减少壳程底部液体的沉积。 在壳程进行冷凝或蒸发操作时，一般采用竖缺形折流板（vertical），以便于流出冷凝液和分离沸腾蒸汽。,Tube Outside Diameter 管径愈小的换热器愈紧凑、愈便宜，且可以获得较好的传热膜系数与阻力系数的比值。 l 管径愈小的换热器的压降将愈大，在满足允许压力降的情况下，一般推荐选用19mm的管子。 l 对

8、于易结垢的流体，为方便清洗，采用外径为25mm的管子。 l 对于有气-液两相流的工艺流体，有时选用较大的管径。,Tube Pattern (30,45,60,90),管子在管板上的排列型式主要有正方形排列（90）和三角形排列（30）两种型式。 l 三角形排列有利于壳程流体达到湍流且排管数也多。 l 正方形排列有利于壳程的清洗。 l 为了弥补各自的缺点，就产生了转过一定角度的正方形排列（45）和留有清洗通道的三角形排列（60）。,Normal/Full Bundle,Tube Length l 列管式换热器长径比，以610最为常见。 l 无相变换热时，管子较长则传热系数也增加。 l 在相同的传热

9、面积情况下，采用长管则流动截面积小，流速大，管程数小，从而可减少流体在换热器中的回弯次数，因而压力降也较小。 l 采用长管时，每平方米传热面的比价也低。 l 管子过长给制造带来困难；竖放时，还应考虑其稳定性，长径比以46为宜。 l 一般选用管长为46m。 l 对于传热面积大，或无相变的换热器可选用89m的管长。,Number Tubeside passes 管程数有18程几种，常用的为1、2或4管程。 l 为了提高管程传热膜系数，可采用多管程换热器。 l 当壳程恒温时，管内多程对传热总是有利的。 l 但当管子两侧温度渐变时，不允许出现反温差。 l 管程数增加，管内流速增大，但管内流速要受到管程

10、压力降等的限制。,No. Sealing Strips pairs l 密封条也称旁路挡板，它主要是为了防止流体由壳体和管束之间旁流。 l 只有壳程传热膜系数起控制作用时，安装旁路挡板才能显著提高总传热系数。 l 当旁路挡板超过一定数量后，对提高传热系数的作用下降，而对压降的影响增大。它一般是成对设置的，设计时可安装13对旁路挡板，相邻旁路挡板间距一般为100200mm。,Nozzle/Impingement Type 在壳程流体进口处，为防止流体对换热管表面的直接冲刷，应在该处设置防冲板。其设置条件为： l 对于气体或蒸汽（包括气液混合物）要设置防冲板。 l 对于液体物流，应设置板的条件为：

11、当非腐蚀性液体在壳程入口管处的动能u22300kg/(ms2)，腐蚀性液体 u2740kg/(ms2)。,（4） 工艺条件,Allowable Pressure Drop l 根据工艺操作条件要求，确定允许压力降；,换热器的合理压降,Fouling Resistance l 污垢对传热的影响，特别是当间壁两侧流体传热膜系数较大时，污垢就可能成为传热的控制因素。如一侧冷凝，一侧蒸发时，污垢的大小就起决定作用。 l 污垢不但对传热不利，也影响压降。因为随着操作时间的延长，污垢不断沉积于管壁上，流道逐渐减小，流速增大，压降迅速增加。当传热效率降低到一定程度或压降增加到一定程度后，即明显影响换热器的正

12、常操作时，应予以停车清洗。为了获得一个经济的清洗周期，选择污垢系数就至关重要。 l 若选择的污垢系数过大，会使换热器过大，流速相应减小，反而促进污垢的沉积，保证不了操作周期。,l 如果选择的污垢系数过小，可能造成换热面积不足，影响正常操作。而且流速过大，虽然降低了结垢倾向，但操作费用增加。 l 如果管壁温度较高，就意味着有较大的平均温差，这将减小设备的尺寸，但是这个优点可能被由于壁温过高而加快结垢速度所抵消。 l 污垢系数要根据具体情况，权衡各方面的因素后方可决定。 至此，可以得到这样的概念：污垢系数的大小直接影响换热器的尺寸，而换热器尺寸又影响流体流动状态，进而影响结垢的速度和程度，所以选择

13、污垢系数时应当慎重。,（5）输出结果分析,l 传热面积是否满足工艺要求，安全裕量够不够；,管程及壳程流体流速是否合理，是否在正常范围内 流体在换热器中的合理流速应由允许压降来确定； 液体常用流速范围：管程为0.33m/s,壳程为0.21.5 m/s； 气体常用流速范围：管程为530m/s, 壳程为215 m/s； 易结垢流体，在管内流速应大于1m/s，壳程流速应大于0.5m/s； 为了避免设备的严重磨蚀，流速不应超过最大允许的经验值； 流速应随流体粘度的高低作相应修改；,普通钢管内不同粘度下的常用流速,易燃、易爆液体的流速要低一些，不应超过其安全流速。,l 管程及壳程压降是否在允许的范围内 调整换热器几何尺寸，如换热器直径、换热管管长、换热器管程数；壳程折流板型式、间距等。,l 管程及壳程传热膜系数大小判断