換熱器換熱面積選型計算方法課件

換熱器課程設(shè)計第三節(jié)換熱器計算方法換熱器課程設(shè)計第三節(jié)換熱器計算方法1換熱器：在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為換熱器。

在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。換熱器：在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為換熱器。21、熱力設(shè)計根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理地選擇運行參數(shù)，并進行傳熱計算。計算出總傳熱系數(shù)、傳熱面積2、流動設(shè)計計算壓降，為換熱器的輔助設(shè)備提供選擇參數(shù)3、結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)傳熱面積的大小計算其主要零部件的尺寸4、強度設(shè)計應(yīng)力計算。考慮換熱器的受力情況，特別是在高溫高壓下?lián)Q熱器的受壓部件應(yīng)按照國家壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。1、熱力設(shè)計3管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管箱（封頭）殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括管束等）單管程固定管板換熱器接管殼體管束管板封頭（端蓋、管箱）折流擋板管程殼程管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管箱（封頭）單管程固定管板換熱器接管殼體管束4①不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管內(nèi)-清洗比較方便②腐蝕性流體宜在管內(nèi)-避免殼體和管子同時腐蝕，便于清洗③壓強高的流體宜在管內(nèi)-免殼體受壓，節(jié)省殼程金屬消耗量④飽和蒸汽宜走管間-便于及時排除冷凝液⑤有毒流體宜走管內(nèi)，使泄露機會較少⑥

被冷卻的流體宜走管間-可利用外殼向外的散熱作用⑦流量小或粘度大的液體，宜走管間-提高對流傳熱系數(shù)⑧若兩流體的溫差較大，對流傳熱系數(shù)較大者宜走管間-減少熱應(yīng)力一、流體流徑的選擇-冷、熱流體走管程或殼程上述各點若不能同時兼顧，應(yīng)視具體情況抓主要矛盾。先流體的壓強、防腐蝕和清洗等要求，再校核對流傳熱系數(shù)和壓強降。①不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管內(nèi)-清洗比較方便一、流體流徑的5增加流速對流傳熱系數(shù)↑，污垢熱阻↓→總傳熱系數(shù)↑→傳熱面積↓流動阻力↑和動力消耗↑還需考慮結(jié)構(gòu)上：高流速→管子數(shù)目↓→較長管子或增加程數(shù)管子太長不易清洗，且管長都有一定標(biāo)準(zhǔn)；程數(shù)增加使平均溫度差下降二、流體流速的選擇一定傳熱面積增加流速二、流體流速的選擇一定傳熱面積6常用的流速范圍不同粘度液體的流速

流體種類

流速管程殼程一般流體0.5~30.2~1.5易結(jié)垢流體>1>0.5氣體5~303~15液體粘度最大流速>15000.61500~5000.75500~1001.1100~351.535~11.8<12.4常用的流速范圍不同粘度液體的流速流體種類流速管程殼程7三、流體兩端溫度的確定

若冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定兩端溫度的問題。若其中一個流體已知進口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計者來確定。例如：用冷水冷卻某熱流體，冷卻水進口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件作出估計，出口溫度需根據(jù)經(jīng)濟衡算來決定。為節(jié)省水量，出口溫度提高，則傳熱面積要大些；為減少傳熱面積，出口溫度降低，則要增加水量。一般，設(shè)計時冷卻水兩端溫度差可取為5~10℃。三、流體兩端溫度的確定若冷、熱流體的溫度都由工藝條件81.管徑應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過前面的流速范圍目前列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管徑具有：Φ25mm×2.5mm、Φ19mm×2mm四、管子的規(guī)格和排列方法小直徑管子單位傳熱面積的金屬消耗量小，傳熱系數(shù)稍高，但容易結(jié)垢，不易清洗，用于較清潔的流體；大直徑管子用于粘性大或易結(jié)垢的流體。1.管徑四、管子的規(guī)格和排列方法小直徑管子單位傳熱面積的金屬92.管長以清洗方便及合理使用管材為原則合理的換熱器管長：1.5m、2m、3m、6m等

管子長度與公稱直徑之比，一般為4～6，對直徑小的換熱器可取大些。2.管長合理的換熱器管長：1.5m、2m、3m、6m等103.管子排列方法正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正方形等管板強度高；流體走短路機會少，且擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同殼程內(nèi)排更多管子。便于清洗，適于殼程流體易結(jié)垢的場合；但對流傳熱系數(shù)較正三角形的低。介于正三角形和正方形之間。3.管子排列方法正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正方形等114.管間距t

管間距:兩相鄰換熱管中心的距離。其值的確定需要考慮以下幾個因素：①管板強度；②清洗管子外表面時所需要的空隙；③換熱管在管板上的固定方法。通常，脹管法取t=（1.3~1.5）d0，且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm，即t≥6+d0

焊接法取t=1.25d0。4.管間距t管間距:兩相鄰換熱管中心的距離。其值的確12五、管程和殼程數(shù)的確定

當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，對流系數(shù)較小。為提高管內(nèi)流速，可采用多管程。

但管程數(shù)過多，管程流動阻力加大，增加動力費用；多程會使平均溫度差下降；多程隔板使管板上可利用面積減少

標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有：1、2、4和6程，多程時應(yīng)使每程管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m計算：u——管程內(nèi)流體的適宜流速；u’——管程內(nèi)流體的實際流體。1.管程數(shù)五、管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大13當(dāng)溫差校正系數(shù)低于0.8，可采用殼方多程。

如：在殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程。

但由于隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是幾個換熱器串聯(lián)使用2.殼程數(shù)當(dāng)溫差校正系數(shù)低于0.8，可采用殼方多程。如14六、折流擋板形式：作用：①提高殼程內(nèi)流體的流速；②加強湍流強度；③提高傳熱效率；④支撐換熱管。圓缺形圓盤形六、折流擋板形式：作用：①提高殼程內(nèi)流體的流速；圓缺形圓盤15

最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的10%~40%，一般取20%~25%。

板間距過小，不便于制造和維修，阻力較大；板間距過大，流體難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。兩相鄰擋板的距離（板間距）h為外殼內(nèi)徑D的（0.2~1）倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中，采用的h（mm）值為：

固定管板式：150,300,600；浮頭式：150,200,300,480和600.最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的116七、外殼直徑的確定要求：殼體內(nèi)徑等于或稍大于管板的直徑。單程管殼體內(nèi)徑：式中:

t—管心距，m；nc—橫過管束中心線的管數(shù)；b’—管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離.七、外殼直徑的確定要求：殼體內(nèi)徑等于或稍大于管板的直徑。單程17——管板利用率多管程殼體內(nèi)徑：N——排列管子數(shù)目；t—管心距正三角形排列——2管程：0.7-0.85；

>4管程：0.6-0.8

正方形排列——2管程：0.55-0.7;>4管程：0.45-0.65——管板利用率多管程殼體內(nèi)徑：N——排列管子數(shù)目；t—管心18計算得到的殼內(nèi)徑應(yīng)圓整。殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑/mm325400500600700800900100011001200最小壁厚/mm8101214計算得到的殼內(nèi)徑應(yīng)圓整。殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑/mm3254019八、主要附件1.封頭方形：用于直徑小的殼體（<400mm）；圓形：用于大直徑的殼體。2.緩沖擋板

為防止殼程流體進入換熱器時對管束的沖擊，可在進料管口裝設(shè)緩沖擋板3.導(dǎo)流筒

殼程流體的進、出口與管板間存在一段流體不能流動的空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒。八、主要附件1.封頭方形：用于直徑小的殼體（<400mm）；204.放氣孔、排液孔

殼體上常安有放氣孔和排液孔，排出不冷凝氣體和冷凝液等。5.接管

換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算，即

Vs——流體的體積流量，u——流體在接管中的流速流速u的經(jīng)驗值可取為：對液體u=1.5~2m/s；對蒸氣u=20~50m/s；對氣體u=（0.15~0.2）p/ρ(p為壓強，kPa；ρ為氣體密度)。4.放氣孔、排液孔殼體上常安有放氣孔和排液孔，排出不冷21九、材料選用

材料應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度及流體的腐蝕性等來選用。

目前常用的金屬材料有：碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等。非金屬材料有：石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。九、材料選用材料應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度及流體的腐蝕性等來22十、流體流動阻力（壓強降）的計算1.管程流動阻力

總阻力等于各程直管阻力、回彎阻力及進、出口之和。一般進、出口阻力可忽略不計，管程總阻力的計算式為：十、流體流動阻力（壓強降）的計算1.管程流動阻力總阻232.殼程流動阻力用埃索法計算殼程壓強降，即2.殼程流動阻力用埃索法計算殼程壓強降，即24液體流經(jīng)換熱器的壓強降為10~100kPa，氣體為1~10kPa。液體流經(jīng)換熱器的壓強降為10~100kPa，氣體為1~10k25設(shè)計步驟

1、試算并初選設(shè)備規(guī)格①確定流體在換熱器中流動途徑。②根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負荷Q。③確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。④計算平均溫差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。⑤依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際情況，選定總傳熱系數(shù)K值。⑥由傳熱速率方程，初步算出傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸。設(shè)計步驟1、試算并初選設(shè)備規(guī)格①確定流體在換熱器中流動途262、計算管程、殼程壓強降

根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管程、殼程流體的流速和壓強降。驗算結(jié)果是否滿足工藝要求。若壓強降不符合要求，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓強降直至滿足要求。3、核算總傳熱系數(shù)

計算管程、殼程對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，再計算總傳熱系數(shù)K’，比較K的初設(shè)值和計算值，若K’/K=1.15~1.25，則初選的換熱器合適。否則需另設(shè)K值，重復(fù)以上計算步驟。2、計算管程、殼程壓強降根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管程、27設(shè)計任務(wù)書將6000kg/h的植物油從140℃冷卻到40℃，井水進、出口溫度分別為20℃和40℃。要求換熱器的管程和殼程壓強降均不大于35kPa。

實例設(shè)計任務(wù)書將6000kg/h的植物油從140℃冷28工藝設(shè)計計算一、確定設(shè)計方案1．選擇換熱器的類型

兩流體的變化情況：熱流體進口溫度140℃，出口溫度40℃；

冷流體進口溫度20℃，出口溫度40℃。

考慮冷熱流體間溫差大于50℃，初步確定選用浮頭式換熱器。2．流程安排

與植物油相比，井水易于結(jié)垢，如果其流速太小，會加快污垢增長速度使換熱器傳熱速率下降。植物油被冷卻，走殼程便于散熱。因此，冷卻水走管程，植物油走殼程。工藝設(shè)計計算一、確定設(shè)計方案1．選擇換熱器的類型2．流程安排29二、確定物性數(shù)據(jù)對于粘度低的流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。所以，殼程流體的定性溫度為：管程流體的定性溫度為：定性溫度下，管程流體(井水)、殼程流體（植物油）有關(guān)物性參數(shù)由《主要物性參數(shù)表》得出。2．物性參數(shù)

1．定性溫度二、確定物性數(shù)據(jù)對于粘度低的流體，其定性溫度可取流體進出30主要物性參數(shù)表介質(zhì)性質(zhì)密度kg/m3比熱kJ//(kg·℃)粘度Pa·s熱導(dǎo)率W/(m·℃)植物油熱流體9502.2610.742×10-30.172井水冷流體995.74.1740.801×10-3

0.618主要物性參數(shù)表性質(zhì)密度比熱粘度熱導(dǎo)率W/(m·℃)植物油熱流31三、估算傳熱面積1.熱流量2.平均傳熱溫差先按照逆流計算，得三、估算傳熱面積1.熱流量2.平均傳熱溫差先按照逆流計323.傳熱面積

由于殼程植物油的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=395W/(m2·℃)則估算的傳熱面積為：考慮到外界因素的影響，根據(jù)經(jīng)驗取實際傳熱面積為估算值的1.15倍，則實際傳熱面積為：

4.井水用量3.傳熱面積由于殼程植物油的壓力較高，故可選取較大33四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸

1.管徑和管內(nèi)流速

選用Φ25×2.5較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=0.75m/s。

2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)

依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速選用Φ25×2.534

按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)管設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長L=8m，則該換熱器的管程數(shù)為：傳熱管總根數(shù)：n=20×2=40（根）按單程管計算，所需的傳熱管長度為：按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)353.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)：

按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖得：平均傳熱溫差

由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)：按單殼程36換熱器換熱面積選型計算方法課件374.傳熱管排列和分程方法采用正方形錯列。取管心距t=1.25d0，則

t=1.25×25=31.25≈32mm

隔板中心到離其最近一排管中心距離：

S=t/2+6=32/2+6=22mm各程相鄰管的管心距為：22×2=44mm4.傳熱管排列和分程方法采用正方形錯列。取管心距t=1.2385.殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.85，則殼體內(nèi)徑為：圓整可取D=300mm6.折流板

采用弓形折流板,取弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為：H=0.25×300=75m

取折流板間距h=0.3D，則h=0.3×300=90mm故可取h=100mm折流板數(shù)目：5.殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.85，則397.其他附件拉桿數(shù)量與直徑按表選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為300mm，故：拉桿直徑為Ф12，拉桿數(shù)量不得少于4。8.接管殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)流體流速為u1=2m/s，則接管內(nèi)徑為管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速u2=2.5m/s，則接管內(nèi)徑為7.其他附件8.接管管程流體進出口接管：40五、換熱器核算1.熱量衡算（1）殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式計算：當(dāng)量直徑：殼程流通截面積：五、換熱器核算1.熱量衡算（1）殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折41殼程流體流速：雷諾數(shù)：

普蘭特準(zhǔn)數(shù)：

粘度校正：殼程流體流速：雷諾數(shù)：普蘭特準(zhǔn)數(shù)：粘度校42（2）管程對流傳熱系數(shù)管程流體流通截面積：管程流體流速：雷諾數(shù)：普蘭特準(zhǔn)數(shù)：

（2）管程對流傳熱系數(shù)管程流體流通截面積：管程流體流速：雷43（3）污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：管外側(cè)污垢熱阻：（4）傳熱系數(shù)（3）污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：管外側(cè)污垢熱阻：（4）傳熱系數(shù)44（5）傳熱面積裕度計算傳熱面積為：換熱器的實際傳熱面積為：換熱器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適（15%~20%），該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（5）傳熱面積裕度計算傳熱面積為：換熱器的實際傳熱面積為452.換熱器內(nèi)流體的流動阻力（1）管程流體阻力

由Re=17943，傳熱管相對粗糙度為0.1/20=0.005，查莫狄圖，得λ=0.027W/(m·K),流速u=0.75m/s,ρ=995.71kg/，所以管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。2.換熱器內(nèi)流體的流動阻力（1）管程流體阻力由Re46（2）殼程阻力流體流經(jīng)管束的阻力：殼程流通面積：（2）殼程阻力流體流經(jīng)管束的阻力：殼程流通面積：47h=0.1m,D=0.3m殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。h=0.1m,D=0.3m殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。48結(jié)果匯總表結(jié)果匯總表49換熱器課程設(shè)計第三節(jié)換熱器計算方法換熱器課程設(shè)計第三節(jié)換熱器計算方法50換熱器：在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為換熱器。

在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。換熱器：在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為換熱器。511、熱力設(shè)計根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理地選擇運行參數(shù)，并進行傳熱計算。計算出總傳熱系數(shù)、傳熱面積2、流動設(shè)計計算壓降，為換熱器的輔助設(shè)備提供選擇參數(shù)3、結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)傳熱面積的大小計算其主要零部件的尺寸4、強度設(shè)計應(yīng)力計算。考慮換熱器的受力情況，特別是在高溫高壓下?lián)Q熱器的受壓部件應(yīng)按照國家壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。1、熱力設(shè)計52管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管箱（封頭）殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括管束等）單管程固定管板換熱器接管殼體管束管板封頭（端蓋、管箱）折流擋板管程殼程管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管箱（封頭）單管程固定管板換熱器接管殼體管束53①不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管內(nèi)-清洗比較方便②腐蝕性流體宜在管內(nèi)-避免殼體和管子同時腐蝕，便于清洗③壓強高的流體宜在管內(nèi)-免殼體受壓，節(jié)省殼程金屬消耗量④飽和蒸汽宜走管間-便于及時排除冷凝液⑤有毒流體宜走管內(nèi)，使泄露機會較少⑥

被冷卻的流體宜走管間-可利用外殼向外的散熱作用⑦流量小或粘度大的液體，宜走管間-提高對流傳熱系數(shù)⑧若兩流體的溫差較大，對流傳熱系數(shù)較大者宜走管間-減少熱應(yīng)力一、流體流徑的選擇-冷、熱流體走管程或殼程上述各點若不能同時兼顧，應(yīng)視具體情況抓主要矛盾。先流體的壓強、防腐蝕和清洗等要求，再校核對流傳熱系數(shù)和壓強降。①不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管內(nèi)-清洗比較方便一、流體流徑的54增加流速對流傳熱系數(shù)↑，污垢熱阻↓→總傳熱系數(shù)↑→傳熱面積↓流動阻力↑和動力消耗↑還需考慮結(jié)構(gòu)上：高流速→管子數(shù)目↓→較長管子或增加程數(shù)管子太長不易清洗，且管長都有一定標(biāo)準(zhǔn)；程數(shù)增加使平均溫度差下降二、流體流速的選擇一定傳熱面積增加流速二、流體流速的選擇一定傳熱面積55常用的流速范圍不同粘度液體的流速

流體種類

流速管程殼程一般流體0.5~30.2~1.5易結(jié)垢流體>1>0.5氣體5~303~15液體粘度最大流速>15000.61500~5000.75500~1001.1100~351.535~11.8<12.4常用的流速范圍不同粘度液體的流速流體種類流速管程殼程56三、流體兩端溫度的確定

若冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定兩端溫度的問題。若其中一個流體已知進口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計者來確定。例如：用冷水冷卻某熱流體，冷卻水進口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件作出估計，出口溫度需根據(jù)經(jīng)濟衡算來決定。為節(jié)省水量，出口溫度提高，則傳熱面積要大些；為減少傳熱面積，出口溫度降低，則要增加水量。一般，設(shè)計時冷卻水兩端溫度差可取為5~10℃。三、流體兩端溫度的確定若冷、熱流體的溫度都由工藝條件571.管徑應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過前面的流速范圍目前列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管徑具有：Φ25mm×2.5mm、Φ19mm×2mm四、管子的規(guī)格和排列方法小直徑管子單位傳熱面積的金屬消耗量小，傳熱系數(shù)稍高，但容易結(jié)垢，不易清洗，用于較清潔的流體；大直徑管子用于粘性大或易結(jié)垢的流體。1.管徑四、管子的規(guī)格和排列方法小直徑管子單位傳熱面積的金屬582.管長以清洗方便及合理使用管材為原則合理的換熱器管長：1.5m、2m、3m、6m等

管子長度與公稱直徑之比，一般為4～6，對直徑小的換熱器可取大些。2.管長合理的換熱器管長：1.5m、2m、3m、6m等593.管子排列方法正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正方形等管板強度高；流體走短路機會少，且擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同殼程內(nèi)排更多管子。便于清洗，適于殼程流體易結(jié)垢的場合；但對流傳熱系數(shù)較正三角形的低。介于正三角形和正方形之間。3.管子排列方法正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正方形等604.管間距t

管間距:兩相鄰換熱管中心的距離。其值的確定需要考慮以下幾個因素：①管板強度；②清洗管子外表面時所需要的空隙；③換熱管在管板上的固定方法。通常，脹管法取t=（1.3~1.5）d0，且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm，即t≥6+d0

焊接法取t=1.25d0。4.管間距t管間距:兩相鄰換熱管中心的距離。其值的確61五、管程和殼程數(shù)的確定

當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，對流系數(shù)較小。為提高管內(nèi)流速，可采用多管程。

但管程數(shù)過多，管程流動阻力加大，增加動力費用；多程會使平均溫度差下降；多程隔板使管板上可利用面積減少

標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有：1、2、4和6程，多程時應(yīng)使每程管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m計算：u——管程內(nèi)流體的適宜流速；u’——管程內(nèi)流體的實際流體。1.管程數(shù)五、管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大62當(dāng)溫差校正系數(shù)低于0.8，可采用殼方多程。

如：在殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程。

但由于隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是幾個換熱器串聯(lián)使用2.殼程數(shù)當(dāng)溫差校正系數(shù)低于0.8，可采用殼方多程。如63六、折流擋板形式：作用：①提高殼程內(nèi)流體的流速；②加強湍流強度；③提高傳熱效率；④支撐換熱管。圓缺形圓盤形六、折流擋板形式：作用：①提高殼程內(nèi)流體的流速；圓缺形圓盤64

最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的10%~40%，一般取20%~25%。

板間距過小，不便于制造和維修，阻力較大；板間距過大，流體難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。兩相鄰擋板的距離（板間距）h為外殼內(nèi)徑D的（0.2~1）倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中，采用的h（mm）值為：

固定管板式：150,300,600；浮頭式：150,200,300,480和600.最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的165七、外殼直徑的確定要求：殼體內(nèi)徑等于或稍大于管板的直徑。單程管殼體內(nèi)徑：式中:

t—管心距，m；nc—橫過管束中心線的管數(shù)；b’—管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離.七、外殼直徑的確定要求：殼體內(nèi)徑等于或稍大于管板的直徑。單程66——管板利用率多管程殼體內(nèi)徑：N——排列管子數(shù)目；t—管心距正三角形排列——2管程：0.7-0.85；

>4管程：0.6-0.8

正方形排列——2管程：0.55-0.7;>4管程：0.45-0.65——管板利用率多管程殼體內(nèi)徑：N——排列管子數(shù)目；t—管心67計算得到的殼內(nèi)徑應(yīng)圓整。殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑/mm325400500600700800900100011001200最小壁厚/mm8101214計算得到的殼內(nèi)徑應(yīng)圓整。殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑/mm3254068八、主要附件1.封頭方形：用于直徑小的殼體（<400mm）；圓形：用于大直徑的殼體。2.緩沖擋板

為防止殼程流體進入換熱器時對管束的沖擊，可在進料管口裝設(shè)緩沖擋板3.導(dǎo)流筒

殼程流體的進、出口與管板間存在一段流體不能流動的空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒。八、主要附件1.封頭方形：用于直徑小的殼體（<400mm）；694.放氣孔、排液孔

殼體上常安有放氣孔和排液孔，排出不冷凝氣體和冷凝液等。5.接管

換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算，即

Vs——流體的體積流量，u——流體在接管中的流速流速u的經(jīng)驗值可取為：對液體u=1.5~2m/s；對蒸氣u=20~50m/s；對氣體u=（0.15~0.2）p/ρ(p為壓強，kPa；ρ為氣體密度)。4.放氣孔、排液孔殼體上常安有放氣孔和排液孔，排出不冷70九、材料選用

材料應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度及流體的腐蝕性等來選用。

目前常用的金屬材料有：碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等。非金屬材料有：石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。九、材料選用材料應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度及流體的腐蝕性等來71十、流體流動阻力（壓強降）的計算1.管程流動阻力

總阻力等于各程直管阻力、回彎阻力及進、出口之和。一般進、出口阻力可忽略不計，管程總阻力的計算式為：十、流體流動阻力（壓強降）的計算1.管程流動阻力總阻722.殼程流動阻力用埃索法計算殼程壓強降，即2.殼程流動阻力用埃索法計算殼程壓強降，即73液體流經(jīng)換熱器的壓強降為10~100kPa，氣體為1~10kPa。液體流經(jīng)換熱器的壓強降為10~100kPa，氣體為1~10k74設(shè)計步驟

1、試算并初選設(shè)備規(guī)格①確定流體在換熱器中流動途徑。②根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負荷Q。③確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。④計算平均溫差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。⑤依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際情況，選定總傳熱系數(shù)K值。⑥由傳熱速率方程，初步算出傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸。設(shè)計步驟1、試算并初選設(shè)備規(guī)格①確定流體在換熱器中流動途752、計算管程、殼程壓強降

根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管程、殼程流體的流速和壓強降。驗算結(jié)果是否滿足工藝要求。若壓強降不符合要求，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓強降直至滿足要求。3、核算總傳熱系數(shù)

計算管程、殼程對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，再計算總傳熱系數(shù)K’，比較K的初設(shè)值和計算值，若K’/K=1.15~1.25，則初選的換熱器合適。否則需另設(shè)K值，重復(fù)以上計算步驟。2、計算管程、殼程壓強降根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管程、76設(shè)計任務(wù)書將6000kg/h的植物油從140℃冷卻到40℃，井水進、出口溫度分別為20℃和40℃。要求換熱器的管程和殼程壓強降均不大于35kPa。

實例設(shè)計任務(wù)書將6000kg/h的植物油從140℃冷77工藝設(shè)計計算一、確定設(shè)計方案1．選擇換熱器的類型

兩流體的變化情況：熱流體進口溫度140℃，出口溫度40℃；

冷流體進口溫度20℃，出口溫度40℃。

考慮冷熱流體間溫差大于50℃，初步確定選用浮頭式換熱器。2．流程安排

與植物油相比，井水易于結(jié)垢，如果其流速太小，會加快污垢增長速度使換熱器傳熱速率下降。植物油被冷卻，走殼程便于散熱。因此，冷卻水走管程，植物油走殼程。工藝設(shè)計計算一、確定設(shè)計方案1．選擇換熱器的類型2．流程安排78二、確定物性數(shù)據(jù)對于粘度低的流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。所以，殼程流體的定性溫度為：管程流體的定性溫度為：定性溫度下，管程流體(井水)、殼程流體（植物油）有關(guān)物性參數(shù)由《主要物性參數(shù)表》得出。2．物性參數(shù)

1．定性溫度二、確定物性數(shù)據(jù)對于粘度低的流體，其定性溫度可取流體進出79主要物性參數(shù)表介質(zhì)性質(zhì)密度kg/m3比熱kJ//(kg·℃)粘度Pa·s熱導(dǎo)率W/(m·℃)植物油熱流體9502.2610.742×10-30.172井水冷流體995.74.1740.801×10-3

0.618主要物性參數(shù)表性質(zhì)密度比熱粘度熱導(dǎo)率W/(m·℃)植物油熱流80三、估算傳熱面積1.熱流量2.平均傳熱溫差先按照逆流計算，得三、估算傳熱面積1.熱流量2.平均傳熱溫差先按照逆流計813.傳熱面積

由于殼程植物油的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=395W/(m2·℃)則估算的傳熱面積為：考慮到外界因素的影響，根據(jù)經(jīng)驗取實際傳熱面積為估算值的1.15倍，則實際傳熱面積為：

4.井水用量3.傳熱面積由于殼程植物油的壓力較高，故可選取較大82四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸

1.管徑和管內(nèi)流速

選用Φ25×2.5較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=0.75m/s。

2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)

依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速選用Φ25×2.583

按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)管設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長L=8m，則該換熱器的管程數(shù)為：傳熱管總根數(shù)：n=20×2=40（根）按單程管計算，所需的傳熱管長