管殼式換熱器的設(shè)計與選型

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模塊二傳熱化學(xué)工業(yè)出版社·數(shù)字出版中心01任務(wù)一認(rèn)識換熱器的結(jié)構(gòu)02任務(wù)二認(rèn)識換熱裝置的換熱方式03任務(wù)三認(rèn)識傳熱的基本方式及換熱流體04任務(wù)四計算傳熱的過程速率05任務(wù)五計算間壁換熱器的傳熱速率0607任務(wù)六計算間壁換熱器的壁溫

任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型任務(wù)八換熱器的操作與維護(hù)0807任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

子任務(wù)1列管換熱器工藝設(shè)計

一、冷、熱流體流動通道的選擇

在列管式換熱器內(nèi)，冷、熱流體流動通道可根據(jù)以下原則進(jìn)行選擇：（1）不潔凈和易結(jié)垢的液體宜走容易清洗的一側(cè)。固定管板式換熱器應(yīng)走管程，U型管換熱器應(yīng)該走殼程；（2）腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕；（3）壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體承受壓力；（4）飽和蒸氣宜走殼程，因飽和蒸汽比較清凈，對流傳熱系數(shù)與流速無關(guān)而且冷凝液容易排出；07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

（5）被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱；（6）若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體通入殼程，可減少熱應(yīng)力；（7）有毒流體宜走管程，可以減少流體泄露；（8）流量小而粘度大的流體一般以走殼程為宜，因在殼程Re＞100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這種流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，反而能得到更高的對流傳熱系數(shù)。

以上各點(diǎn)不可能同時滿足，有時會產(chǎn)生矛盾，因此需根據(jù)具體情況而作恰當(dāng)?shù)倪x擇。07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

二、流體進(jìn)出口溫度的確定

選定熱源或冷源時，通常進(jìn)口溫度已知，其出口溫度需要設(shè)計者選擇。若換熱器中的兩側(cè)介質(zhì)均為工藝流體，一般高溫端的溫度差不宜小于20℃，低溫端溫差不宜小于5℃，平均溫差不能小于10℃。此外冷卻水的出口溫度不宜高于50～60℃，這樣可以避免大量結(jié)垢。在采用多管程或多殼程換熱器時，冷卻劑的出口溫度不能高于工藝流體出口溫度。07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

三、流體流動方向的選擇

一般情況下，應(yīng)該采用逆流操作，以便使平均傳熱溫度差增大。但是，對某些流體的溫度有限制的情況下，為防止熱流體的出口溫度過低或冷流體的出口溫度過高，應(yīng)該采用并流操作。

例如：當(dāng)冷流體是熱敏性流體時，因溫度過高而影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以采取并流時，就可以將其出口溫度控制在熱流體的出口溫度以下，但是逆流時只能將其溫度控制在熱流體進(jìn)口溫度以下，而不一定達(dá)控制在熱流體出口溫度以下。07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

除了純并流和純逆流以外，也可以將冷、熱流體在換熱器內(nèi)做多管程或多殼程的復(fù)雜折流流動。流量一定，管程或殼程越多，換熱器的總傳熱系數(shù)越大，但是流體流動的阻力增加，平均傳熱溫度差也會一定程度上變小，所以，應(yīng)該綜合考慮。07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

四、管、殼程流體流速的選擇

增加流速不但可加大對流傳熱系數(shù)，而且能降低污垢熱阻，從而使總傳熱系數(shù)加大。但增加流速后，流體流動阻力增大，動力消耗增多，此外還要從結(jié)構(gòu)上考慮對傳熱的影響。列管換熱器中常用的流速范圍在下表中列出。一般管內(nèi)、管外流體都要避免出現(xiàn)層流流動狀態(tài)。07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

五、流體阻力的計算

流體阻力越大，動力消耗越高。過換熱器的阻力分為管程阻力和殼程阻力，應(yīng)分別進(jìn)行估算。1、管程流體阻力（壓力降）的計算

對于多程換熱器，其總阻力等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。一般進(jìn)、出口阻力可忽略不計，故管程總阻力的計算式為：

07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

直管壓強(qiáng)降：回彎管壓強(qiáng)降：

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2、殼程流體阻力（壓力降）的計算

由于流體的流動狀況比較復(fù)雜，因此不同公式計算得到的結(jié)果相差很多。下面公式是一個較簡單的計算公式：07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

管子正方形排列時：管子正三角形排列時：——相鄰兩管中心距——外徑m?！?dú)ひ粋?cè)流體的流速，根據(jù)流體流過的最大面積計算07任務(wù)七管殼式換熱器的設(shè)計與選型

某生產(chǎn)過程中，用循環(huán)冷卻水將某油品由140℃冷卻到40℃。循環(huán)水的入口溫度為30℃，出口溫度為40℃，流量為32353kg/h。換熱過程擬采用一列單管程列管式換熱器，試完成下列任務(wù)：（1）確定流體流動空間，并選擇流體流動方向；（2）選擇流體流動速度；（3）若采用φ25×2.5mm的換熱管，根據(jù)選擇流速的大小估計管子數(shù)。已知：油品物性：黏度為0.000715Pa.s，密度為825kg/m3，比熱容循環(huán)水物性：黏度為0.000725Pa.s,密度為994kg/m3，比熱容

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解：（1）由于循環(huán)水容易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油走殼程。在變溫傳熱過程中，由于逆流平均傳熱溫度差較大，所以應(yīng)采用逆流操作；（2）管程內(nèi)循環(huán)水的黏度0.000725Pa.s＜0.001Pa.s