换热器换热面积选型计算方法

1、热交换器课程设计，第3节热交换器计算方法，热交换器：在不同温度下在流体之间传递热能的装置称为热交换器。各种换热器广泛应用于化工、石油、电力、制冷、食品等行业，是上述行业的通用设备，占据着非常重要的地位。1.在热工设计中，根据用户提出的基本要求，合理选择运行参数，进行传热计算。计算总传热系数，传热面积2，计算流程设计中的压降，并为换热器3的辅助设备提供选择参数。根据传热面积4计算其主要部件的尺寸。强度设计中的应力计算。考虑到换热器的受力，特别是在高温高压下，换热器的受压元件应按照国家压力容器标准进行设计。管壳式换热器结构、管箱(封头)壳体内部结构(包括管束等。)、单管程固定管板换热器、喷嘴、壳体

2、、管束、管板、封头(端盖、管箱)、挡板、管程和壳程，管内应有不洁、易结垢的液体，便于清洗；管内应有腐蚀性液体，避免管壳同时腐蚀。节约壳程金属消耗饱和蒸汽应通过管道便于及时清除冷凝液有毒流体应通过管道，以减少泄漏的机会冷却流体应通过管道利用壳程向外散热的作用小流量或大粘度的液体应通过管道提高对流传热系数如果两种流体的温差较大，对流传热系数较大时应通过管道降低热应力；一、流体流动路径的选择冷且粘。首先提出流体压力、防腐和清洗要求，然后检查对流传热系数和压降。为了提高流速、污垢热阻 总传热系数 传热面积流动阻力和功耗的对流传热系数，还需要考虑结构：高流速管数较长的管或通过次数增加的管太长而无法清洗，

3、管长有一定的标准；随着通过次数的增加，平均温差减小。其次，选择流体的流速，一定的传热面积，常用的流速范围，以及不同粘度液体的流速。第三，确定流体两端的温度，如果冷流体和热流体的温度都由工艺条件规定，则确定两端的温度没有问题。如果其中一种流体的入口温度已知，则出口温度应由设计者确定。例如，如果用冷水冷却热流体，冷却水的入口温度可以根据当地的空气温度条件来估计，而出口温度应该根据经济平衡来确定。为了节水和提高出口温度，传热面积会更大；为了减少传热面积和出口温度，有必要增加水量。设计中冷却水两端的温差一般应为510。1.管道直径应尽可能高，但一般不应超过以前的流速范围。目前，管壳式换热器系列标准中的

4、管径为： 25mm2.5mm， 19mm2。第四，管道的规格和布置方法。小直径管道单位传热面积的金属消耗量小，传热系数略高，但容易结垢，难以清洗，所以用于清洗流体。大直径管道用于高粘度或易结垢的流体。2.管道长度基于方便清洗和合理使用管道的原则。合理的换热管长度为1.5m、2m、3m、6m等。管道长度与公称直径之比一般为4 6，对于小直径的换热器更好。3.管子排列方法，正三角形，正角三角形，正方形，角正方形等。管板强度高；流体短路的可能性较小一般情况下，t=(1.31.5)d0用于扩管，相邻两根管子外壁之间的距离不应小于6mm，即t=1.25d0用于t6 d0的焊接。5.管侧和壳侧数量的确定。

5、当流体流速小或传热面积大且管数多时，有时管内流速低，对流系数小。为了提高管中的流速，可以使用多个管通道。然而，过多的管通道数量增加了管通道的流动阻力并增加了动力成本；多次通过将降低平均温差；多通道隔板减少了管板的可用面积。标准中的管道次数为：1、2、4和6道次，在多道次中，每道次中的管数应大致相等。计算管程数m:u管程中流体的合适流速；u管道侧的实际流体。1。管道通过的次数。当温差修正系数小于0.8时，可采用壳程多通。例如，平行于管束的隔板安装在壳体中，流体流过壳体两次，这被称为两个壳体通道。然而，由于隔膜的制造、安装和维护的困难，几个热交换器被串联使用，而不是壳侧多通道热交换器。2.壳侧的数

6、量，6。挡板，形式：功能：提高壳程流体速度；增强湍流强度；提高传热效率；支撑换热管。圆形和圆盘形，最常用的是圆形挡板，而切弓高度约为壳体内径的10%40%，一般为20%25%。板间距太小，不便于制造和维护，阻力大；如果板间距太大，流体很难垂直流过管束，这会降低对流传热系数。两个相邻挡板之间的距离(板间距)h是壳体内径d的(0.21)倍。在该系列标准中，采用的h(mm)值为：固定管板150，300，600；浮头类型：150、200、300、480和600。七.壳体直径的确定：壳体内径等于或略大于管板直径。单程管壳内径：其中： t管中心距，m；NC穿过管束中心线的管子数量；b -从管束中心线上最外

7、层管的中心到外壳内壁的距离。管板利用率、多管程壳体内径、以及n3354中排列的管数；T管道中心距，正三角形排列，2；管程：0.7-0.85；4管侧：0.6-0.8方形排列 2管侧：0.55-0.7；4管程：0.45-0.65，计算出的壳体内径应为圆形。外壳标准尺寸，8。主要附件，1。方形封头：用于直径较小(400毫米)的壳体；圆形：用于大直径壳体。2。缓冲挡板，为了防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可以在进口处安装缓冲挡板；3.尾水管，壳程流体的入口和出口与管板之间有一个流体不能流动的空间(死角)。为了提高传热效果，往往在管束外增加导流管。4。排气孔和排水孔，通常安装在外壳上，用于排放不凝

8、性气体和冷凝物。5。换热器中流体进出口的喷嘴直径按下式计算，即Vs流体的体积流量、u流体在喷嘴中的流量和流量U的经验值可取为：液体U=1.5 2m/s；蒸汽u=20 50m/s；对于气体u=(0.150.2)p/ (p为压力，千帕；是气体密度)。9.应根据工作压力、温度和流体腐蚀性选择材料。目前，常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝。非金属材料包括石墨、聚四氟乙烯和玻璃。10.流体流动阻力(压降)的计算。1.管侧流动阻力，总阻力等于直管阻力、弯曲阻力和进出口之和。一般来说，进口和出口处的阻力可以忽略不计根据总传热系数的经验值范围，或根据实际生产情况，选择总传热系数k值。根据传热率方程

9、，初步计算了传热面积，确定了换热器的基本尺寸。2.计算管侧和壳侧的压降，并根据初始设备规格计算管侧和壳侧流体的流速和压降。检查结果是否符合工艺要求。如果压降不符合要求，调整流量，然后确定管程数或挡板间距，或选择另一种规格的换热器，并重新计算压降，直到满足要求。3.计算总传热系数，计算管程和壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，然后计算总传热系数K，并将K的初始值与计算值进行比较。如果K/K=1.151.25，主换热器是合适的。否则，需要设置另一个k值，并重复上述计算步骤。根据设计规范，6000公斤/小时的植物油从140冷却到40，井水进出口温度分别为20和40。要求换热器管程和壳程的压降不大于35

10、kPa。实例，工艺设计计算，1。确定设计方案，1。选择换热器的类型和两种流体的变化：热流体的入口温度为140，出口温度为40；冷流体入口温度20，出口温度40。考虑到冷热流体温差大于50，初步选择浮头式换热器。2.与植物油相比，井水容易结垢。如果流量过小，会加速水垢的生长速度，降低换热器的传热速度。植物油被冷却，并且当穿过外壳时便于散热。因此，冷却水流向管侧，植物油流向壳侧。第二，确定物性数据。对于低粘度流体，定性温度可以是流体入口和出口温度的平均值。因此，壳程流体的定性温度为：管程流体的定性温度为：管程流体(井水)和壳程流体(植物油)的物理参数由主要物性参数表获得。2。物理参数，1。定性温度

11、，主要物理参数表，3。估计传热面积，1。热流，2。平均传热温差按逆流计算，然后，3。传热面积，由于壳程植物油压力较高，可以选择较大的K值。假设K=395W瓦/(平方米)，预计传热面积为：考虑到外部因素的影响，根据经验取实际传热面积为预计值的1.15倍，实际传热面积为：4。井水消耗量，4。过程结构尺寸，1。管径和管内流速， 252.5高级冷拔传热管(碳钢)，取，2。管程和传热管的数量。单程传热管的数量根据传热管的内径和流量来确定：根据单程传热管的设计，传热管太长，应采用多程结构。根据本设计的实际情况，采用标准管设计。现在，如果传热管长度为L=8m，则该换热器的管程数为：传热管总数为n=202=4

12、0(根)。按单管计算，所需传热管长度为：3。平均传热温差修正和壳程数，平均温差修正系数：根据单壳程，双管。4。传热管以正方形交错排列方式排列和分隔。取管道中心距离t=1.25d0，然后t=1.2525=31.2532毫米，挡板中心到最近一排管道中心的距离：S=t/2 6=32/2 6=22毫米。每层相邻管道的管道中心距为222=44毫米。5.壳体内径采用多管程结构。采用弓形挡板，如果弓形挡板的高度为壳体内径的25%，那么切割圆的高度为H=，8。喷嘴壳侧流体入口和出口喷嘴：如果喷嘴中的流体流速u1=2m/s，则喷嘴内径为0，如果喷嘴u2中的流体流速=2.5m/s，则喷嘴内径为0 . 5。换热器会计，1。热平衡，(1)壳程对流换热系数，对于圆形折流板，凯恩公式可用于计算壳程流体速度：雷诺数：plante准则：粘度修正，(2)管程对流换热系数，管程流体流动截面积：管程流体速度：雷诺数：plante