換熱器的傳熱系數(shù)K

介質(zhì)不同,傳熱系數(shù)各不相同我們公司得經(jīng)驗(yàn)就是：1、汽水換熱:過熱部分為800-1000W/m2?°C飽與部分就是按照公式K=2093+786V（V就是管內(nèi)流速）含污垢系數(shù)0、0003。A水水換熱為:K=767（1+V1+V2）（V1就是管內(nèi)流速,V2水殼程流速）含污垢系數(shù)0。0003實(shí)際運(yùn)行還少有保守。有余量約10%冷流體熱流體 總傳熱系數(shù)K,W/（m2.CA水水 850?1700水氣體 17?28皿水 有機(jī)溶劑280?853水 輕油 340-910A水重油 60?280有機(jī)溶劑 有機(jī)溶劑 115?340水水蒸氣冷凝 1420?4250氣體水蒸氣冷凝 30~300水低沸點(diǎn)烴類冷凝 455?114@水沸騰 水蒸氣冷凝2000~4250A輕油沸騰 水蒸氣冷凝455~1020不同得流速、粘度與成垢物質(zhì)會有不同得傳熱系數(shù)、K值通常在800?2200W/m2-C范圍內(nèi)。列管換熱器得傳熱系數(shù)不宜選太高，一般在800-1000W/m2-C。螺旋板式換熱器得總傳熱系數(shù)（水冰）通常在1000-2000W/皿?C范圍內(nèi)、板式換熱器得總傳熱系數(shù)(水(汽)—水)通常在3000~5000W/m2-°C范圍內(nèi)。1、流體流徑得選擇哪一種流體流經(jīng)換熱器得管程,哪一種流體流經(jīng)殼程，下列各點(diǎn)可供選擇時(shí)參考(以固定管板式換熱器為例)不潔凈與易結(jié)垢得流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子、腐蝕性得流體宜走管內(nèi)，以免殼體與管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗與檢修、壓強(qiáng)高得流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。飽與蒸氣宜走管間,以便于及時(shí)排除冷凝液,且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。被冷卻得流體宜走管間,可利用外殼向外得散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果、需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)得流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。粘度大得液體或流量較小得流體，宜走管間,因流體在有折流擋板得殼程流動時(shí),由于流速與流向得不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)、在選擇流體流徑時(shí)，上述各點(diǎn)常不能同時(shí)兼顧，應(yīng)視具體情況抓住主要矛盾，例如首先考慮流體得壓強(qiáng)、防腐蝕及清洗等要求，然后再校核對流傳熱系數(shù)與壓強(qiáng)降，以便作出較恰當(dāng)?shù)眠x擇。2。流體流速得選擇增加流體在換熱器中得流速，將加大對流傳熱系數(shù),減少污垢在管子表面上沉積得可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器得傳熱面積。但就是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多、所以適宜得流速要通過經(jīng)濟(jì)衡算才能定出、此外,在選擇流速時(shí)，還需考慮結(jié)構(gòu)上得要求。例如，選擇高得流速,使管子得數(shù)目減少，對一定得傳熱面積，不得不采用較長得管子或增加程數(shù)、管子太長不易清洗，且一般管長都有一定得標(biāo)準(zhǔn);單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。這些也就是選擇流速時(shí)應(yīng)予考慮得問題、流體兩端溫度得確定若換熱器中冷、熱流體得溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定流體兩端溫度得問題、若其中一個(gè)流體僅已知進(jìn)口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計(jì)者來確定。例如用冷水冷卻某熱流體，冷水得進(jìn)口溫度可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐脷鉁貤l件作出估計(jì)，而換熱器出口得冷水溫度，便需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算來決定。為了節(jié)省水量，可使水得出口溫度提高些，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。兩者就是相互矛盾得。一般來說，設(shè)計(jì)時(shí)可采取冷卻水兩端溫差為5~10^o缺水地區(qū)選用較大得溫度差,水源豐富地區(qū)選用較小得溫度差。管子得規(guī)格與排列方法選擇管徑時(shí),應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過前面介紹得流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大得液體宜采用較大得管徑。我國目前試用得列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有?25X2.5mm及619X2mm兩種規(guī)格得管子、管長得選擇就是以清洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于清洗，且易彎曲。一般出廠得標(biāo)準(zhǔn)鋼管長為6m測合理得換熱器管長應(yīng)為1?5、2、3或6m。系列標(biāo)準(zhǔn)中也采用這四種管長、此外，管長與殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般取L/D為4~6（對直徑小得換熱器可大些）。如前所述，管子在管板上得排列方法有等邊三角形、正方形直列與正方形錯(cuò)列等,如第五節(jié)中圖4—25所示、等邊三角形排列得優(yōu)點(diǎn)有:管板得強(qiáng)度高;流體走短路得機(jī)會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高湘同得殼徑內(nèi)可排列更多得管子、正方形直列排列得優(yōu)點(diǎn)就是便于清洗列管得外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢得場合；但其對流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間，即對流傳熱系數(shù)（較直列排列得）可以適當(dāng)?shù)靥岣摺９茏釉诠馨迳吓帕械瞄g距（指相鄰兩根管子得中心距）,隨管子與管板得連接方法不同而異。通常脹管法取t=（1、3?1、5）d。,且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm,即tN（d+6）。焊接法取t=1?25d。、管程與殼程數(shù)得確定當(dāng)流體得流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí)，有時(shí)會使管內(nèi)流速較低，因而對流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但就是程數(shù)過多,導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動力費(fèi)用洞時(shí)多程會使平均溫度差下降;此外多程隔板使管板上可利用得面積減少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問題。列管式換熱器得系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4與6程等四種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程得管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m可按下式計(jì)算，即：（4—121）式中u 管程內(nèi)流體得適宜速度,m/s;u' 管程內(nèi)流體得實(shí)際速度,m/s。當(dāng)殼方流體流速太低時(shí)，也可以采用殼方多程。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行得隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程，但由于縱向隔板在制造、安裝與檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程得換熱器，而就是將幾個(gè)換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。例如當(dāng)需二殼程時(shí)，則將總管數(shù)等分為兩部分，分別安裝在兩個(gè)內(nèi)徑相等而直徑較小得外殼中，然后把這兩個(gè)換熱器串聯(lián)使用，如圖所示。6。折流擋板安裝折流擋板得目得，就是為了加大殼程流體得速度，使湍動程度加劇,以提高殼程對流傳熱系數(shù)。第五節(jié)得圖4一26已示出各種擋板得形式、最常用得為圓缺形擋板,切去得弓形高度約為外殼內(nèi)徑得10~40%,一般取20~25%,過高或過低都不利于傳熱。兩相鄰擋板得距離（板間距）h為外殼內(nèi)徑D得（0。2~1）倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中采用得h值為:固定管板式得有150、300與600mm三種;浮頭式得有150、200、300、480與600mm五種。板間距過小,不便于制造與檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。擋板切去得弓形高度及板間距對流體流動得影響如圖3—42所示。外殼直徑得確定換熱器殼體得內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板得直徑。根據(jù)計(jì)算出得實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子得排列方法等,可用作圖法確定殼體得內(nèi)徑。但就是,當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí),作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體得流速,然后計(jì)算所需得管程與殼程得流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼得直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走”短路”，可以適當(dāng)增減一些管子。另外，初步設(shè)計(jì)中也可用下式計(jì)算殼體得內(nèi)徑，即:(4-122)式中D 殼體內(nèi)徑，m;t 管中心距，m;nc 橫過管束中心線得管數(shù)；b' 管束中心線上最外層管得中心至殼體內(nèi)壁得距離,一般取b'=(1?1。5)doonc值可由下面得公式計(jì)算、管子按正三角形排列時(shí)： (4—123)管子按正方形排列時(shí)： (4-124)式中n為換熱器得總管數(shù)。按計(jì)算得到得殼徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，見表4—15。主要構(gòu)件封頭 封頭有方形與圓形兩種,方形用于直徑小得殼體(一般小于400mm），圓形用于大直徑得殼體、緩沖擋板為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對管束得沖擊,可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板、導(dǎo)流筒殼程流體得進(jìn)、出口與管板間必存在有一段流體不能流動得空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過這個(gè)空間。放氣孔、排液孔換熱器得殼體上常安有放氣孔與排液孔，以排除不凝性氣體與冷凝液等。接管尺寸換熱器中流體進(jìn)、出口得接管直徑按下式計(jì)算，即：式中Vs—-流體得體積流量,/s;u 接管中流體得流速,m/s、流速u得經(jīng)驗(yàn)值為：對液體u=l.5?2m/s對蒸汽u=20?50m/s對氣體u=（15?20）p/P（p為壓強(qiáng)，單位為atm;P為氣體密度，單位為kg/）材料選用列管換熱器得材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體得腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料得機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性得材料就是很少得。目前常用得金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅與鋁等;非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯與玻璃等。不銹鋼與有色金屬雖然抗腐蝕性能好,但價(jià)格高且較稀缺,應(yīng)盡量少用。流體流動阻力(壓強(qiáng)降)得計(jì)算⑴管程流體阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對于多程換熱器，其總阻力Api等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之與。一般進(jìn)、出口阻力可忽略不計(jì),故管程總阻力得計(jì)算式為:(4-125)式中Ap1、Ap2——--—-分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起得壓強(qiáng)降,N/；Ft— 結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，對于625X2.5mm得管子,取為1、4,對619X2mm得管子，取為1、5;Np-— 管程數(shù)；Ns— -串聯(lián)得殼程數(shù)。上式中直管壓強(qiáng)降A(chǔ)p1可按第一章中介紹得公式計(jì)算;回彎管得壓強(qiáng)降A(chǔ)p2由下面得經(jīng)驗(yàn)公式估算，即：(4—126)(2)殼程流體阻力現(xiàn)已提出得殼程流體阻力得計(jì)算公式雖然較多，但就是由于流體得流動狀況比較復(fù)雜，使所得得結(jié)果相差很多。下面介紹埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)Ap。得公式，即：(4—127)式中Ap1'——-—-——流體橫過管束得壓強(qiáng)降,N/;Ap2'—— -流體通過折流板缺口得壓強(qiáng)降N;Fs■■殼程壓強(qiáng)降得結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，對液體可Fs■■1.15，對氣體或可凝蒸氣可取1、0而(4-128)(4-129)式中F 管子排列方法對壓強(qiáng)降得校正因數(shù)，對正三角形排列F=0、5,對正方形斜轉(zhuǎn)45°為0、4,正方形排列為0、3;fo一一-一殼程流體得摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo>5O0時(shí)，nC—-—-橫過管束中心線得管子數(shù)；NB—-—-折流板數(shù)；h 折流板間距,m;uo-——-按殼程流通截面積Ao計(jì)算得流速,而。一般來說,液體流經(jīng)換熱器得壓強(qiáng)降為0.1?1atm,氣體得為0.01?0.1atm。設(shè)計(jì)時(shí)，換熱器得工藝尺寸應(yīng)在壓強(qiáng)降與傳熱面積之間予以權(quán)衡，使既能滿足工藝要求,又經(jīng)濟(jì)合理。三、列管式換熱器得選用與設(shè)計(jì)計(jì)算步驟1、試算并初選設(shè)備規(guī)格確定流體在換熱器中得流動途徑。根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷Q、(3)確定流體在換熱器兩端得溫度，選擇列管式換熱器得型式；計(jì)算定性溫度，并確定在定性溫度下流體得性質(zhì)、(4)計(jì)算平均溫度差，并根據(jù)溫度校正系數(shù)不應(yīng)小于0、8得原則,決定殼程數(shù)。⑸依據(jù)總傳熱系數(shù)得經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按生產(chǎn)實(shí)際情況，選定總傳熱系數(shù)K選值。（6）由總傳熱速率方程Q=KSAtm，初步算出傳熱面積S,并確定換熱器得基本尺寸（如d、L、n及管子在管板上得排列等），或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。2、計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降根據(jù)初定得設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管、殼程流體得流速與壓強(qiáng)降、檢查計(jì)算結(jié)果就是否合理或滿足工藝要求。若壓強(qiáng)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)格得設(shè)備，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。3、核算總傳熱系數(shù)計(jì)算管、殼程對流傳熱系數(shù)ai與ao,確定污垢熱阻Rsi與Rso,再計(jì)算總傳熱系數(shù)K',比較K得初始值與計(jì)算值若K'/K=1、15~1.25，則初選得設(shè)備合適、否則需另設(shè)K選值,重復(fù)以上計(jì)算步驟。通常，進(jìn)行換熱器得選擇或設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)在滿足傳熱要求得前提下,再考慮其她各項(xiàng)得問題。它們之間往往就是互相矛盾得。例如，若設(shè)計(jì)得換熱器得總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過換熱器得壓強(qiáng)降（阻力）增大，相應(yīng)地增加了動力費(fèi)用;若增加換熱器得表面積,可能使總傳熱系數(shù)與壓強(qiáng)降降低，但卻又要受到安裝換熱器所能允許得尺寸得限制,且換熱器得造價(jià)也提高了、此外，其它因素（如加熱與冷卻介質(zhì)得用量，換熱器得檢修與操作）也不可忽視?？傊?，設(shè)計(jì)者應(yīng)綜合分析考慮上述諸因素,給予細(xì)心得判斷,以便作出一個(gè)適宜得設(shè)計(jì)。第二章列管式換熱器設(shè)計(jì)

第一節(jié)推薦得設(shè)計(jì)程茁一、工藝設(shè)計(jì)第一節(jié)推薦得設(shè)計(jì)程茁一、工藝設(shè)計(jì)1A、作出流程簡圖。A 2、按生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算換熱器得換熱量Q、A 3、選定載熱體，求出載熱體得流量。4、 確定冷、熱流體得流動途徑。5、 計(jì)算定性溫度，確定流體得物性數(shù)據(jù)（密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)等）。A6、初算平均傳熱溫度差。7A、按經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場數(shù)據(jù)選取或估算K值，初算出所需傳熱面積、A8、根據(jù)初算得換熱面積進(jìn)行換熱器得尺寸初步設(shè)計(jì)。包括管徑、管長、管子數(shù)、管程數(shù)、管子排列方式、殼體內(nèi)徑（需進(jìn)行圓整）等、9、核算K、A 10、校核平均溫度差D。11、 校核傳熱量，要求有15—25%得裕度、12、 管程與殼程壓力降得計(jì)算。二、機(jī)械設(shè)計(jì)A 1、殼體直徑得決定與殼體壁厚得計(jì)算。2、換熱器封頭選擇、3A、換熱器法蘭選擇。A 4、管板尺寸確定。5、 管子拉脫力計(jì)算、6、 折流板得選擇與計(jì)算。7、 溫差應(yīng)力得計(jì)算、8A、接管、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。A9、繪制主要零部件圖。A三、編制計(jì)算結(jié)果匯總表四、繪制換熱器裝配圖五、 提出技術(shù)要求六、 編寫設(shè)計(jì)說明書第二節(jié)列管式換熱器得工藝設(shè)計(jì)A—、換熱終溫得確定換熱終溫對換熱器得傳熱效率與傳熱強(qiáng)度有很大得影響、在逆流換熱時(shí)，當(dāng)流體出口終溫與熱流體入口初溫接近時(shí)，熱利用率高，但傳熱強(qiáng)度最小，需要得傳熱面積最大。為合理確定介質(zhì)溫度與換熱終溫，可參考以下數(shù)據(jù):A1、熱端溫差(大溫差)不小于20C。2、冷端溫差(小溫差)不小于5°C。A3、在冷卻器或冷凝器中,冷卻劑得初溫應(yīng)高于被冷卻流體得凝固點(diǎn);對于含有不凝氣體得冷凝,冷卻劑得終溫要求低于被冷凝氣體得露點(diǎn)以下5C、二、平均溫差得計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)初算平均溫差Dtm,均將換熱過程先瞧做逆流過程計(jì)算、1、對于逆流或并流換熱過程，其平均溫差可按式(2—1)進(jìn)行計(jì)算消 (2—1)式中，、分別為大端溫差與小端溫差。當(dāng)時(shí)，可用算術(shù)平均值。A2、對于錯(cuò)流或折流得換熱過程，若無相變化，則要進(jìn)行溫差校正，即用公式(2-2)進(jìn)行計(jì)算。(2—2)式中就是按逆流計(jì)算得平均溫差，校正系數(shù)可根據(jù)換熱器不同情況由化工原理教材有關(guān)插圖查出。一般要求〉0。8,否則應(yīng)改用多殼程或者將多臺換熱器串聯(lián)使用。A三、傳熱總系數(shù)K得確定計(jì)算K值得基準(zhǔn)面積，習(xí)慣上常用管子得外表面積、當(dāng)設(shè)計(jì)對象得基準(zhǔn)條件(設(shè)備型式、雷諾準(zhǔn)數(shù)Re、流體物性等)與某已知K值得生產(chǎn)設(shè)備相同或相近時(shí)，則可采用已知設(shè)備K值得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為自己設(shè)計(jì)得K值、表2—1為常見列管式換熱器K值得大致范圍、由表2-1選取大致K值Q 表2—1 列管式換熱器中得總傳熱系數(shù)K得經(jīng)驗(yàn)值冷流體熱流修總傳熱系數(shù)W/m2.°CA水冰▲850—1700水一氣體17—280水一有機(jī)溶劑280-850水一輕油340-91g水一重油Q0—28皿有機(jī)溶劑-有機(jī)溶劑1A15-340水一水蒸汽冷凝1420—4250氣體-水蒸汽冷凝A30—30皿水一低沸點(diǎn)烴類冷凝A455-1140A水沸騰-水蒸蒸汽冷凝2000-4250A輕油沸騰-水蒸汽455—1020A用式(2—3)進(jìn)行K值核算。(2—3)式中:a—給熱系數(shù),W/m2oC;A R—污垢熱阻,m2、C/W;5—管壁厚度,mm;A 入一管壁導(dǎo)熱系數(shù),W/m、C;A下標(biāo)i、o、m分別表示管內(nèi)、管外與平均。A當(dāng)時(shí)近似按平壁計(jì)算，即消在用式(2—3)計(jì)算K值時(shí)，污垢熱阻、通常采用經(jīng)驗(yàn)值，常用得污垢熱阻大致范圍可查《化工原理》相關(guān)內(nèi)容、式中得給熱系數(shù)a，在列管式換熱器設(shè)計(jì)中常采用有關(guān)得經(jīng)驗(yàn)值公式計(jì)算給熱系數(shù)a,工程上常用得一些計(jì)算a得經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式在《化工原理》已作了介紹，設(shè)計(jì)時(shí)從中選用?！摹鳠崦娣eA得確定工程上常將列管式換熱器中管束所有管子得外表面積之與視為傳熱面積，由式(2—4)與式(2—5)進(jìn)行計(jì)算。A (2—4)A (2—5)A式中：一基于外表面得傳熱系數(shù),W/m2、°CA -管子外徑,m;AL—每根管子得有效長度,m;n_管子得總象管子得有效長度就是指管子得實(shí)際長度減去管板、擋板所占據(jù)得部分、管子總數(shù)就是指圓整后得管子數(shù)減去拉桿數(shù)。五、主要工藝尺寸得確定A 當(dāng)確定了傳熱面積后，設(shè)計(jì)工作進(jìn)入換熱器尺寸初步設(shè)計(jì)階段，包括以下內(nèi)容：1、管子得選用、A選用較小直徑得管子，可以提高流體得對流給熱系數(shù)，并使單位體積設(shè)備中得傳熱面積增大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積得金屬耗量少，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗,可用于較清潔流體。大管徑得管子用于粘性較大或易結(jié)垢得流體、我國列管式換熱器常采用無縫鋼管，規(guī)格為外徑x壁厚，常用得換熱管得規(guī)格迎19x2舟25乂2?5舟38乂3、管子得選擇要考慮清洗工作得方便及合理使用管材，同時(shí)還應(yīng)考慮管長與管徑得配合、國內(nèi)管材生產(chǎn)規(guī)格，長度一般為：1、5,2,2.5,3,4。5,5,6,7、5,9,12m等、換熱器得換熱管長度與殼徑之比一般在6—10，對于立式換熱器，其比值以4-6為宜。殼程與殼程壓力降，流體在換熱器內(nèi)得壓降大小主要決定于系統(tǒng)得運(yùn)行壓力,而系統(tǒng)得運(yùn)行壓力就是靠輸送設(shè)備提供得、換熱器內(nèi)流體阻力損失（壓力降）越大，要求輸送設(shè)備得功率就越大,能耗就越高。對于無相變得換熱，流體流速越高,換熱強(qiáng)度越大，可使換熱面積減小,設(shè)備緊湊，制作費(fèi)低，而且有利于抑制污垢得生成，但流速過高，也有不利得一面壓力降增大，泵功率增加，對傳熱管得沖蝕加劇。因此，在換熱器得設(shè)計(jì)中有個(gè)適宜流速得選取與合理壓力降得控制問題。^ 一般經(jīng)驗(yàn)，對于液體，在壓力降控制在0、01?0、1MPa之間，對于氣體,控制在0。001-Co01MPa之間。表2—2列出了換熱器不同操作條件壓力下合理壓降得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),供設(shè)計(jì)參考。表2-2 列管換熱器合理壓降得選取▲換熱器A操作情況^負(fù)壓運(yùn)行^氐壓運(yùn)行▲中壓運(yùn)行（包括用泵輸送液體A較高壓運(yùn)行PV0、17AP〉0、17▲操作壓力（MPa絕壓》P=0?0。1AP=0、1~0。17P=0ol7?1?1P=1、1~3.1AP=3o1?8、2合理壓降(MPa)DP=P/10DP=p/2ADP=0。035^Ap=0O035~0。1幽心=0、07?0.252、管子總數(shù)n得確定?！鴮τ谝讯ǖ脗鳠崦娣e，當(dāng)選定管徑與管長后便可求所需管子數(shù)n,由式(2-6)進(jìn)行計(jì)算。(2—6A式中一傳熱面積，；A—管子外徑皿料L-每根管子得有效長度,m;A計(jì)算所得得管子n進(jìn)行圓整3、管程數(shù)m得確定、根據(jù)管子數(shù)n可算出流體在管內(nèi)得流速,由式(2-7)計(jì)算、A (2—7)A式中vs—管程流體體積流量，—管子內(nèi)徑，m;A n—管子數(shù)、A若流速與要求得適宜流速相比甚小時(shí)，便需采用多管程，管程數(shù)m可按式(2一8)進(jìn)行計(jì)算。a m=u/ (2-8)式中-用管子數(shù)n求出得管內(nèi)流速,m/s;u-要求得適宜流速,m/s尹式(2—8沖得適宜流速u要根據(jù)列管換熱器中常用得流速范圍進(jìn)行選定，參見《化工原理》相關(guān)內(nèi)容,一般要求在湍流下工作(高粘度流體除外)，與此相對應(yīng)得Re值，對液體為5x103,氣體則為一°A分程時(shí)，應(yīng)使每程得管子數(shù)大致相等，生產(chǎn)中常用得管程數(shù)為1、2、4、6、四種、4、管子得排列方式及管間距得確定。管子在管板上排列得原則就是：管子在整個(gè)換熱器得截面上均勻分布，排列緊湊，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,方便制造并適合流體得特性。其排列方式通常為等邊三角形與正方形兩種，也有采用同心圓排列法與組合排列法。在一些多程得列管換熱器中，一般在程內(nèi)為正三角形排列，但程與程之間常用正方形排列，這對于隔板得安裝就是很有利得，此時(shí)，整個(gè)管板上得排列稱為組合排列、對于多管程得換熱器，分程得縱向隔板占據(jù)了管板上得一部分面積，實(shí)際排管數(shù)比理論要少，設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際得管數(shù)應(yīng)通過管板布置圖而得。在排列管子時(shí),應(yīng)先決定好管間距。決定管間距時(shí)應(yīng)先考慮管板得強(qiáng)度與清理管子外表時(shí)所需得方法，其大小還與管子在管板上得固定方式有關(guān)、大量得實(shí)踐證明，最小管間距得經(jīng)驗(yàn)值為：焊接法脹接法 ，一般?。?.3?1。5）管束最外層管子中心距殼體內(nèi)表面距離不小于、5▲、殼體得計(jì)算。心列管換熱器殼體得內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于（對于浮頭式換熱器）管板得直徑，可由式（2—9）進(jìn)行計(jì)算?！鳧i=a（b—1）+2L （2—9）式中Di-殼體內(nèi)徑,mm# a—管間距,mm;b-最外層六邊形對角線上得管子數(shù)；L-最外層管子中心到殼體內(nèi)壁得距離,一般取L=(1-lo5),mm;若對管子分程則Di=f+2LM值得確定方法:可查表求取,也可用作圖法、當(dāng)已知管子數(shù)n與管間距a后開始按正三角形排列，直至排好n根為止，再統(tǒng)計(jì)對角線上得管數(shù)。A計(jì)算出得殼徑Di要圓整到容器得標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列內(nèi)、第三節(jié)列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)▲ 在化工企業(yè)中列管式換熱器得類型很多,如板式，套管式,蝸殼式，列管式。其中列管式換熱器雖在熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但它卻具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、材料范圍廣等特點(diǎn)，因此成為石油、化工生產(chǎn)中，尤其就是高溫、高壓與大型換熱器得主要結(jié)構(gòu)形式。列管式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器與U型管式換熱器，而其中固定管板式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低，因此應(yīng)用最普遍、▲ 列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)包括:1A、殼體直徑得決定與殼體壁厚得計(jì)算。2、換熱器封頭選擇。A 3、壓力容器法蘭選擇。4八管板尺寸確定、5、管子拉脫力得計(jì)算。a 6、折流板得選擇與計(jì)算。a 7、溫差應(yīng)力得計(jì)算。8A、接管、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。9a繪制主要零部件圖與裝配圖。下面分述如下:A—、殼體直徑得決定與殼體壁厚得計(jì)算、1、已知條偉由工藝設(shè)計(jì)知管程與殼程介質(zhì)種類、溫度、壓力、殼與壁溫差、以及換熱面積。2、計(jì)算⑴管子數(shù)n：A 列管換熱器常用無縫鋼管，規(guī)格如下:▲碳鋼Afl9x2Af25x2?5f32x3f38x3A不銹鋼f19x2f25x2f32x2f38x2、5管子材質(zhì)得選擇依據(jù)就是介質(zhì)種類，如果介質(zhì)無腐蝕，可選碳鋼,而介質(zhì)有腐蝕則選擇不繡鋼。管長規(guī)格有1500,2000,2500,3000,500,5000,6000,7500,9000,12000mm。An=A/(pdmL),其中 A~熱面積(m2);L-換熱管長度mm;dm—管子得平均直徑mm。a由于在列管式換熱器中要安裝4根或6根拉桿。所以實(shí)際換熱管子數(shù)為｛n-4(6)｝根。(2)管子排列方式，管間距確定。管子排列方式一般在程內(nèi)采用正三角形排列，而在程與程之間采用正方形排列。管間距根據(jù)最小管間距選擇4 最小管間距^管子外徑(mm)19A14A25A32A38A457A最小管間距(mm)A16A25A3240A48A70A57A(3)換熱器殼體直徑得確定A 殼體直徑計(jì)算公式:當(dāng)采用正三角形排列時(shí)為Di=a(b-1)+2L式中Di-換熱器內(nèi)徑；a—管間距尹 b—正三角形對角線上得管子數(shù)尹 L—最外層管子得中心到殼壁邊緣得距離。若對管子進(jìn)行分程則Di=f+2LA式中f—?dú)んw同一內(nèi)直徑兩端管子中心距mm* Di、L同上、計(jì)算出Di后還要圓整到公稱直徑系列中。(4)換熱器殼體壁厚得計(jì)算計(jì)算壁厚為S=PDi/(2虞]t@-P)式中P-設(shè)計(jì)壓力,MPa;當(dāng)P<0.6MPa時(shí),取P=0、6MPa;Di-殼體內(nèi)徑,mm;?—焊縫系數(shù),根據(jù)焊縫情況選取魚=0、85—1.0;A [o]t—?dú)んw材質(zhì)在設(shè)計(jì)溫度時(shí)得許用應(yīng)力,MPa。材質(zhì)選取原則同管子得選取原則一樣。^計(jì)算出S后還要根據(jù)鋼板厚度負(fù)偏差表選取鋼板厚度負(fù)偏差C1;根據(jù)腐蝕情況選取腐蝕裕量C2,C2=KaB其中Ka為腐蝕速度(mm/a),B為容器得設(shè)計(jì)壽命。A當(dāng)材料得腐蝕速度為0、05~0?1mm/a時(shí)，單面腐蝕取C2=1~2mm,雙面腐蝕取C2=2?4mm。當(dāng)材料得腐蝕速度小于或等于0.05mm/a時(shí)，單面腐蝕取C2=1mm,雙面腐蝕取C2=2mm。對于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)得腐蝕性極微時(shí)可取C2=0。▲最后將S+C1+C2圓整到鋼板厚度系列中去,所以總厚度Sn=S+C1+C1+C決 C'-圓整值、A 二、換熱器封頭選擇各種封頭型式均可選用,但應(yīng)用最多得就是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,目前已有標(biāo)準(zhǔn)系列、使用時(shí)可查JB-1154—73標(biāo)準(zhǔn)、見附錄1。三、容器法蘭得選擇1、材質(zhì):根據(jù)容器接觸介質(zhì)與溫度、壓力條件確定。A2、法蘭類型:可供選擇得容器法蘭有三種，即甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭與長頸對焊法蘭、其標(biāo)準(zhǔn)號為JB4700?4707—92，見附錄2。A四、管板尺寸確定^選用固定式換熱器管板,并兼作法蘭。推薦采用《鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》中有關(guān)內(nèi)容。見附錄3。A五、拉脫力計(jì)翁拉脫力得定義就是管子每平方米脹接周邊上所受到得力、對于管子與管板就是焊接聯(lián)接得接頭，實(shí)驗(yàn)表明，接頭得強(qiáng)度高于管子本身與金屬得強(qiáng)度，拉脫力不足以引起接頭得破壞；但對于管子與管板就是脹接得接頭，拉脫力則可能引起接頭處與密封性得破壞，或使管子拉脫,為保證管端與管板牢固地連接與良好得密封性能，必須進(jìn)行拉脫力得校核、1A、在操作情況下管子或殼體中得溫差軸向力為F=[at(tt—to)-as(ts—