管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件

§3-3管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型

管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備。

它具有制造方便、選材面廣、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大、清洗方便、運(yùn)行可靠、能承受高溫、高壓等優(yōu)點(diǎn)。

在許多工業(yè)部門中大量使用，尤其是在石油、化工、熱能、動(dòng)力等工業(yè)部門所使用的換熱器中，管殼式換熱器居主導(dǎo)地位。

§3-3管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型

管1鑒于管殼式換熱器應(yīng)用極廣，為便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，有關(guān)部門已制定了管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)?？刹镚B151管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)鑒于管殼式換熱器應(yīng)用極廣，為便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，有關(guān)2管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件3U形管式換熱器型號(hào)及其表示方法

U式換熱器型號(hào)標(biāo)稱U形管式換熱器型號(hào)及其表示方法

4例：(1)

BIU800--2.5--245--6/19-4I

封頭管箱，公稱直徑800mm，管、殼程壓力均為2.5MPa，公稱換熱面積245平方米，較高級(jí)冷拔換熱管，外徑19mm，管長(zhǎng)6m，4管程，單殼程的U形管式換熱器。

(2)

BIU600--1.6--90--6/25-2II

封頭管箱，公稱直徑600mm，管、殼程壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積90平方米，普通級(jí)冷拔換熱管，外徑25mm，管長(zhǎng)6m，2管程，單殼程的U形管式換熱器。

例：5DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)：按GB151規(guī)定，其中l(wèi).b.d分別為菱形管、波紋管、螺紋管。DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)：6RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRCBOS900-1.6-210-6/25-6I

是洛陽石油化工工程公司的浮頭式折流桿換熱器

R：折流桿E（C）：E為換熱器，C為冷凝器B：封頭管箱O：殼體為外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)S：鉤圈式浮頭一般的可查GB151規(guī)定，現(xiàn)在新型的設(shè)備型號(hào)越來越多，可聯(lián)系一下出圖的設(shè)計(jì)院。RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRC7壓強(qiáng)的單位換算關(guān)系：1kgf/cm2=98066.5Pa1MPa=106Pa1bar=0.1MPa=106dyn/cm21atm=760mmHg=101325Pa壓強(qiáng)的單位換算關(guān)系：8

管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型

換熱器的設(shè)計(jì)是通過計(jì)算，確定經(jīng)濟(jì)合理的傳熱面積及換熱器的其它有關(guān)尺寸，以完成生產(chǎn)中所要求的傳熱任務(wù)。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型

9管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件101．設(shè)計(jì)的基本原則（1）流體流徑的選擇流體流徑的選擇是指在管程和殼程各走哪一種流體，此問題受多方面因素的制約，下面以固定管板式換熱器為例，介紹一些選擇的原則:

①不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因?yàn)楣艹糖逑幢容^方便。

②腐蝕性的流體宜走管程，以免管子和殼體同時(shí)被腐蝕，且管程便于檢修與更換。

③壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。

④被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對(duì)外的散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果。

⑤飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗。

⑥有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。1．設(shè)計(jì)的基本原則11⑦流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動(dòng)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re>100）下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱系數(shù)。

⑧若兩流體溫差較大，宜使對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與α大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。

以上原則并不是絕對(duì)的，對(duì)具體的流體來說，上述原則可能是相互矛盾的。因此，在選擇流體的流徑時(shí)，必須根據(jù)具體的情況，抓住主要矛盾進(jìn)行確定。

⑦流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程12（2）流體流速的選擇流體流速的選擇涉及到傳熱系數(shù)、流動(dòng)阻力及換熱器結(jié)構(gòu)等方面。流速↑加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢的形成，使總傳熱系數(shù)增大；但同時(shí)使流動(dòng)阻力加大，動(dòng)力消耗增多；選擇高流速，使管子的數(shù)目減小，對(duì)一定換熱面積，不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)，管子太長(zhǎng)不利于清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶄鳠釡夭钕陆?。因此，需通過多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。

管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件13

表1至3列出了常用的流速范圍，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。選擇流速時(shí)，應(yīng)盡可能避免在層流下流動(dòng)。表1管殼式換熱器中常用的流速范圍

流體種類：一般流體易結(jié)垢液體氣體流速m/s管程0.5~3.0>1.05.0~30

殼程0.2~1.5>0.53.0~15

表2管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速液體粘度mPa·s>15001500~500500~100100~3535~1<1最大流速m/s0.60.751.11.51.82.4

表3管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度

液體名稱乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮

安全允許速度，m/s<1<2~3<10

14（3）管子的規(guī)格和管間距

①管子規(guī)格管子規(guī)格的選擇包括管徑和管長(zhǎng)。目前試行的管殼式換熱器系列只采用25×2.5mm及19×2mm兩種管徑規(guī)格的換熱管。對(duì)于潔凈的流體，可選擇小管徑，對(duì)于易結(jié)垢或不潔凈的流體，可選擇大管徑。

②管間距管子的中心距稱為管間距，管間距小，有利于提高傳熱系數(shù)，且設(shè)備緊湊。但由于制造上的限制。常用對(duì)比關(guān)系見表4。

表4管殼式換熱器外徑與中心距的關(guān)系

換熱管外徑，mm1014192532384557

換熱管中心距，mm1419253240485772（3）管子的規(guī)格和管間距

①管子規(guī)格管子規(guī)格的選擇包括管徑15管殼式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：設(shè)有一熱流體需要冷卻，已知：qm1,cp1,t’1,t”1,qm2,cp2,t’2,選擇了t”2.可以計(jì)算出Q，△tml。K，ψ與換熱器結(jié)構(gòu)形式及尺寸有關(guān)。為確定換熱器的傳熱面積A，必須通過試差計(jì)算。試差計(jì)算的步驟如下：管殼式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：16（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格a.初步選定換熱器的流動(dòng)方式，由t’1,t”1，t’2,t”2確定流體在換熱器中兩端的溫度，計(jì)算定性溫度，確定在定性溫度下的流體物性。計(jì)算△tml，和ψ，ψ的數(shù)值應(yīng)大于0.8。確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫(t”2

)。b.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（或查相關(guān)的表）估計(jì)傳熱系數(shù)K估，計(jì)算傳熱面積A估。c.根據(jù)A估的數(shù)值，參照系列標(biāo)準(zhǔn)選定換熱管的直徑、長(zhǎng)度及排列；如果是選換熱器，可根據(jù)A估在系列標(biāo)準(zhǔn)中選擇適當(dāng)?shù)膿Q熱器型號(hào)。

接下去的計(jì)算步驟是檢驗(yàn)初選的換熱器是否符合實(shí)際條件下的要求。（2）（3）（4）（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格17（2）計(jì)算管程的壓降和傳熱系數(shù)a、參考表選定流速，確定管程數(shù)目，計(jì)算管程壓降若管程允許壓降已經(jīng)有規(guī)定，可由上式計(jì)算管程數(shù)Ns.b、計(jì)算管內(nèi)傳熱系數(shù)hi<K估則應(yīng)增加管殼數(shù)，重新）計(jì)算。若改變管程不能同時(shí)滿足hi>K估,和∑<,則應(yīng)重新估計(jì)K估(減小)，另選一臺(tái)換熱器型號(hào)進(jìn)行試算。（2）計(jì)算管程的壓降和傳熱系數(shù)a、參考表選定流速，確定管程數(shù)18（3）計(jì)算殼程的壓降和傳熱系數(shù)a、參考表選定流速，選定擋板間距，計(jì)算殼程壓降。若壓降不符合要求，要調(diào)整流速，再確定管程和折流擋板間距，或選擇其它型號(hào)的換熱器，重新計(jì)算壓降直至滿足要求為止。

b、計(jì)算殼程傳熱系數(shù)hO，若其太小，可減少擋板間距，增加擋板數(shù)。（3）計(jì)算殼程的壓降和傳熱系數(shù)a、參考表選定流速，選定擋板間19（4）計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積（4）計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積20例：管殼式換熱器的計(jì)算：某化工廠擬采用管殼式換熱器回收甲苯的熱量將正庚烷從80℃預(yù)熱到130℃。已知：正庚烷的流量qm2=40000kg/h,甲苯的流量qm1=39000kg/h;T1=200℃；管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過3kPa.正庚烷在進(jìn)出口平均溫度下的有關(guān)物性為：甲苯在進(jìn)出口溫度下的物性如下：例：管殼式換熱器的計(jì)算：某化工廠擬采用管殼式換熱器回收甲苯的21管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件22管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件23換熱器，其主要參數(shù)如下：外殼直徑D＝500mm,公稱壓強(qiáng)P＝1.6MPa,公稱面積A＝54m2,管程數(shù)NP＝2，管子排列方式：正方形。管子尺寸φ25×2.5mm,管長(zhǎng)L=6m,管數(shù)NT＝124，管中心距t=32mm.（2）換熱器，其主要參數(shù)如下：（2）24管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件25（3）（3）26管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件27管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件28（4）（4）29§3-3管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型

管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備。

它具有制造方便、選材面廣、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大、清洗方便、運(yùn)行可靠、能承受高溫、高壓等優(yōu)點(diǎn)。

在許多工業(yè)部門中大量使用，尤其是在石油、化工、熱能、動(dòng)力等工業(yè)部門所使用的換熱器中，管殼式換熱器居主導(dǎo)地位。

§3-3管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型

管30鑒于管殼式換熱器應(yīng)用極廣，為便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，有關(guān)部門已制定了管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)?？刹镚B151管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)鑒于管殼式換熱器應(yīng)用極廣，為便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，有關(guān)31管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件32U形管式換熱器型號(hào)及其表示方法

U式換熱器型號(hào)標(biāo)稱U形管式換熱器型號(hào)及其表示方法

33例：(1)

BIU800--2.5--245--6/19-4I

封頭管箱，公稱直徑800mm，管、殼程壓力均為2.5MPa，公稱換熱面積245平方米，較高級(jí)冷拔換熱管，外徑19mm，管長(zhǎng)6m，4管程，單殼程的U形管式換熱器。

(2)

BIU600--1.6--90--6/25-2II

封頭管箱，公稱直徑600mm，管、殼程壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積90平方米，普通級(jí)冷拔換熱管，外徑25mm，管長(zhǎng)6m，2管程，單殼程的U形管式換熱器。

例：34DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)：按GB151規(guī)定，其中l(wèi).b.d分別為菱形管、波紋管、螺紋管。DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)：35RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRCBOS900-1.6-210-6/25-6I

是洛陽石油化工工程公司的浮頭式折流桿換熱器

R：折流桿E（C）：E為換熱器，C為冷凝器B：封頭管箱O：殼體為外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)S：鉤圈式浮頭一般的可查GB151規(guī)定，現(xiàn)在新型的設(shè)備型號(hào)越來越多，可聯(lián)系一下出圖的設(shè)計(jì)院。RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRC36壓強(qiáng)的單位換算關(guān)系：1kgf/cm2=98066.5Pa1MPa=106Pa1bar=0.1MPa=106dyn/cm21atm=760mmHg=101325Pa壓強(qiáng)的單位換算關(guān)系：37

管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型

換熱器的設(shè)計(jì)是通過計(jì)算，確定經(jīng)濟(jì)合理的傳熱面積及換熱器的其它有關(guān)尺寸，以完成生產(chǎn)中所要求的傳熱任務(wù)。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型

38管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件391．設(shè)計(jì)的基本原則（1）流體流徑的選擇流體流徑的選擇是指在管程和殼程各走哪一種流體，此問題受多方面因素的制約，下面以固定管板式換熱器為例，介紹一些選擇的原則:

①不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因?yàn)楣艹糖逑幢容^方便。

②腐蝕性的流體宜走管程，以免管子和殼體同時(shí)被腐蝕，且管程便于檢修與更換。

③壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。

④被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對(duì)外的散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果。

⑤飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗。

⑥有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。1．設(shè)計(jì)的基本原則40⑦流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動(dòng)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re>100）下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱系數(shù)。

⑧若兩流體溫差較大，宜使對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與α大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。

以上原則并不是絕對(duì)的，對(duì)具體的流體來說，上述原則可能是相互矛盾的。因此，在選擇流體的流徑時(shí)，必須根據(jù)具體的情況，抓住主要矛盾進(jìn)行確定。

⑦流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程41（2）流體流速的選擇流體流速的選擇涉及到傳熱系數(shù)、流動(dòng)阻力及換熱器結(jié)構(gòu)等方面。流速↑加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢的形成，使總傳熱系數(shù)增大；但同時(shí)使流動(dòng)阻力加大，動(dòng)力消耗增多；選擇高流速，使管子的數(shù)目減小，對(duì)一定換熱面積，不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)，管子太長(zhǎng)不利于清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶄鳠釡夭钕陆?。因此，需通過多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。

管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型課件42

表1至3列出了常用的流速范圍，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。選擇流速時(shí)，應(yīng)盡可能避免在層流下流動(dòng)。表1管殼式換熱器中常用的流速范圍

流體種類：一般流體易結(jié)垢液體氣體流速m/s管程0.5~3.0>1.05.0~30

殼程0.2~1.5>0.53.0~15

表2管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速液體粘度mPa·s>15001500~500500~100100~3535~1<1最大流速m/s0.60.751.11.51.82.4

表3管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度

液體名稱乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮

安全允許速度，m/s<1<2~3<10

43（3）管子的規(guī)格和管間距

①管子規(guī)格管子規(guī)格的選擇包括管徑和管長(zhǎng)。目前試行的管殼式換熱器系列只采用25×2.5mm及19×2mm兩種管徑規(guī)格的換熱管。對(duì)于潔凈的流體，可選擇小管徑，對(duì)于易結(jié)垢或不潔凈的流體，可選擇大管徑。

②管間距管子的中心距稱為管間距，管間距小，有利于提高傳熱系數(shù)，且設(shè)備緊湊。但由于制造上的限制。常用對(duì)比關(guān)系見表4。

表4管殼式換熱器外徑與中心距的關(guān)系

換熱管外徑，mm1014192532384557

換熱管中心距，mm1419253240485772（3）管子的規(guī)格和管間距

①管子規(guī)格管子規(guī)格的選擇包括管徑44管殼式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：設(shè)有一熱流體需要冷卻，已知：qm1,cp1,t’1,t”1,qm2,cp2,t’2,選擇了t”2.可以計(jì)算出Q，△tml。K，ψ與換熱器結(jié)構(gòu)形式及尺寸有關(guān)。為確定換熱器的傳熱面積A，必須通過試差計(jì)算。試差計(jì)算的步驟如下：管殼式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：45（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格a.初步選定換熱器的流動(dòng)方式，由t’1,t”1，t’2,t”2確定流體在換熱器中兩端的溫度，計(jì)算定性溫度，確定在定性溫度下的流體物性。計(jì)算△tml，和ψ，ψ的數(shù)值應(yīng)大于0.8。確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫(t”2

)。b.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（或查相關(guān)的表）估計(jì)傳熱系數(shù)K估，計(jì)算傳熱面積A估。c.根據(jù)A估的數(shù)值，參照系列標(biāo)準(zhǔn)選定換熱管的直徑、長(zhǎng)度及排列；如果是選換熱器，可根據(jù)A估在系列標(biāo)準(zhǔn)中選擇適當(dāng)?shù)膿Q熱器型號(hào)。

接下去的計(jì)算步驟是檢驗(yàn)初選的換熱器是否符合實(shí)際條件下的要求。（2）（3）（4）（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格46（