管壳式换热器设计要点
管壳式换热器的课程设计
03
管壳式换热器的材料选择
常用材料
碳钢
具有较高的强度和耐腐蚀性,成本较低,适 用于大多数工业应用。
铜
具有良好的导热性和耐腐蚀性,常用作热交 换器的传热管材料。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性和美观性,广泛用于食 品、医药等高洁净度场合。
钛
具有极佳的耐腐蚀性和强度,广泛用于强腐 蚀性流体场合。
材料性能与比较
传热效率
选择合适的传热管和壳程结构,提高 换热器的传热效率。
压力等级
根据工艺流程的压力要求,确定换热 器的压力等级和密封结构。
材料选择
根据工艺条件和介质特性,选择合适 的材料以保障换热器的耐腐蚀、耐高 温等性能。
设计流程
方案设计
根据需求分析,制定合适的换 热器设计方案,包括换热器类 型、结构、材料等。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构,减少流体流动过程 中的局部阻力,降低压力 损失。
结构强度优化
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应力分析
对换热器进行详细的应力分析,确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求,选择合适的材料和厚度, 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构,以减小应力 集中和振动,提高其结构强度和使用寿命。
智能化与自动化的趋势
管壳式换热器设计及软件开发
管壳式换热器设计及软件开发
本文主要介绍管壳式换热器设计及软件开发的相关知识。对管壳式换热器的基本概念、特点及用途进行简要阐述;详细介绍了管壳式换热器的设计要点和计算方法;探讨了管壳式换热器软件开发的流程和模块功能。
关键词:管壳式换热器、设计、软件开发、计算方法、流程
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备,其作用是将热量从一种介质传递到另一种介质。这种换热器的特点是结构紧凑、传热效率高、适用范围广等,因此备受。本文将介绍管壳式换热器的设计及软件开发,以期为相关领域的研究和应用提供参考。管壳式换热器的设计是整个换热器的核心部分。在设计过程中,需要考虑传热面积、材料选择、结构设计、防腐蚀措施等多种因素。同时,还需要根据不同的工艺条件和实际需求进行优化,以获得最佳的传热效果和经济效益。具体来说,管壳式换热器设计的要点包括以下几个方面:
工艺计算:根据实际工艺条件,进行传热面积、流速、压力等工艺参数的计算,以确定换热器的规格和型号。
材料选择:根据实际需求和使用环境,选择合适的材料,以保证换热器的耐腐蚀、耐高温、耐高压等特性。
结构设计:根据实际工艺条件和材料特性,设计换热器的结构,以获得最佳的传热效果和机械强度。
防腐蚀措施:针对不同的工艺条件和使用环境,采取相应的防腐蚀措施,以保证换热器的使用寿命。
在管壳式换热器的软件开发方面,需要结合实际需求进行流程设计和模块开发。一般来说,管壳式换热器软件开发的流程包括以下几个步骤:
需求分析:根据实际需求,明确软件的功能和性能要求,以及用户界面设计等。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
管壳式换热器是一种常用的换热设备,广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。它由壳体、管束、管板、管箱等组成,能够有效地将两种介质之间的热量传递。下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理
管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。其中,一个介质在管内流动,被称为"壳侧流体",另一个介质在管外流动,被称为"管侧流体"。壳侧流体通过壳体流动,而管侧流体则通过管束流动。热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求
1.热量传递效果好:要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递,以满足工艺要求。
2.压力损失小:为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗,设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件:换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠:要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性,尽量减少故障率。
三、结构设计
1.壳体:壳体是换热器的外壳,一般采用钢质材料制造。壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数,并采取相应的增强措施。
2.管束:管束是由多根管子组成的,一般采用金属材料或塑料制造。管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数,同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板:管板位于管束两端,起到支撑和固定管束的作用,一般采用钢质材料制造。管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性,并采用合适的孔洞布置,以保证流体的均匀流动。
4.管箱:管箱是安装在管板上的设施,主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数,以实现流体的顺畅流动。
管壳式换热器设计 课程设计
管壳式换热器设计课程设计XXX课程设计:管壳式换热器设计
学院:机械与XXX
专业:热能与动力工程专业
班级:11-02班
指导老师:
小组成员:
目录
第一章:设计任务书
第二章:管壳式换热器简介
第三章:设计方法及设计步骤
第四章:工艺计算
4.1 物性参数的确定
4.2 核算换热器传热面积
4.2.1 传热量及平均温差
4.2.2 估算传热面积
第五章:管壳式换热器结构计算
管壳式换热器是常用的热交换设备,广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。本次课程设计旨在设计一台管壳式换热器,以满足特定工艺条件下的换热需求。
在设计之前,需要了解管壳式换热器的基本结构和工作原理。管壳式换热器由外壳、管束、管板、管箱、管夹等部分组
成。热量通过内置于管束中的流体在管内传递,再通过管壳间的流体传递到外壳中,从而实现热交换。
设计过程中,需要确定流体的物性参数,包括密度、比热、导热系数等。同时,还需要核算换热器传热面积,以满足特定的传热需求。传热量和平均温差是计算传热面积的重要参数,而估算传热面积则需要考虑流体的流动状态、管束的排布方式等因素。
最终,我们将根据设计要求进行管壳式换热器的结构计算,确定外壳、管束等部分的尺寸和数量,以满足特定工艺条件下的换热需求。
第一章设计任务书
本项目旨在设计一台管壳式换热器,用于将煤油由140℃
冷却至40℃。处理能力为10t/h,压强降不得超过100kPa。具
体操作条件为:煤油的入口温度为140℃,出口温度为40℃,冷却水的入口温度为26℃,出口温度为40℃。
2.第二章管壳式换热器简介
管壳式换热器是石油化工行业中应用最广泛的换热器。尽管各种板式换热器的竞争力不断上升,但管壳式换热器仍然占据着换热器市场的主导地位。目前,各国为提高这类换热器性能进行的研究主要集中在强化传热、提高对苛刻工艺条件的适应性以及开发适用于各类腐蚀介质的材料。此外,结构改进也是向着高温、高压、大型化方向发展的必然趋势。
管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器设计和选型
首先,管壳式换热器的设计需要根据具体的换热要求来确定,主要包括换热量、换热介质、流体流量和温度等参数。根据设计要求,可以确定壳程和管程的尺寸、管道布置、换热面积等参数。
在设计过程中,需要考虑以下几个方面:
1.热力计算:根据热源和热负荷的温度和流量要求,进行热力计算,确定所需的换热面积。
2.材料选择:根据工作介质的性质和工作条件,选择合适的材料,如不锈钢、铜合金等,以确保换热器的耐腐蚀性和耐高温性。
3.管道布置:根据介质的流态和流速等因素,确定管道的布置方式,如串流、并流、交叉流等,以实现最佳的换热效果。
4.换热面积:根据设计要求和换热性能,确定所需的换热面积,以满足换热要求。
5.清洗和维护:在设计过程中,要考虑到换热器的清洗和维护,选择合适的结构和材料,以方便换热器的维护和清洗。
在选型过程中,需要考虑以下几个因素:
1.流体性质:选型时需要考虑流体的性质,包括流体的物理性质、压力和温度范围、粘度等。不同的流体对换热器的要求不同,需要选择适合的换热器类型和材料。
2.温度和压力:根据工作条件确定换热器的温度和压力范围,选择符合要求的换热器。
3.环境限制:考虑到环境因素,如空间限制、气候条件等,选择适合
的换热器尺寸和类型。
4.经济效益:综合考虑设备造价、运行费用、维护保养成本等因素,
选择经济、高效的换热器。
5.供应商选择:选择有经验和信誉良好的供应商,确保提供优质的产
品和服务。
总之,管壳式换热器的设计和选型需要根据具体的应用要求和工艺条
件来确定,需要综合考虑热力计算、材料选择、管道布置、换热面积、清
管壳式换热器设计内容选型
管壳式换热器设计内容选型
1.热负荷计算:首先需要确定换热器需要处理的热负荷,即需要传递
的热量。这可以通过分析工艺流程和温度要求来确定。
2.流体选择:根据热负荷计算结果,选择合适的流体作为热源和冷却剂。常见的流体包括水、空气、油等。
3.材料选择:根据流体的性质和工作条件,选择合适的材料用于制造
换热器。常见的材料包括不锈钢、碳钢、铜等。
4.管子和壳体的设计:确定管子和壳体的尺寸和布局,以最大程度地
增加传热面积,并确保流体在换热过程中能够充分接触。通常,换热面积
越大,传热效果越好。
5.流体流量计算:根据热负荷和流体性质,计算出换热器的流体流量。流体流量的选择需要考虑热负荷和流体压降之间的平衡。
6.管子和壳体的布局:根据工艺要求和空间限制,确定管子和壳体的
布局。在设计过程中,需要考虑流体的流动路径,以确保换热器的效率和
可靠性。
7.管束和管板的设计:根据流体的特点,确定管束和管板的形式和结构。管束和管板的设计主要是为了增加流体的混合,从而提高传热效果。
8.密封设计:保证换热器的密封性能,防止流体泄漏。密封设计需要
考虑材料的选择和密封结构的设计。
9.清洗和维护:确保换热器易于清洗和维护,以保持其良好的运行状态。清洗和维护的设计需要考虑换热器的结构和布局。
总之,管壳式换热器的设计内容包括热负荷计算、流体选择、材料选择、管子和壳体的设计、流体流量计算、管子和壳体的布局、管束和管板的设计、密封设计以及清洗和维护等方面。正确的设计和选型能够提高换热器的效率和可靠性,降低能源消耗和维护成本。
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器是一种常见的热交换设备,广泛应用于化工、石油、制药等行业。其设计涉及到许多方面,包括换热原理、结构设计、材料选择等。本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。管内流体一般为待加热或待冷却的介质,而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。通过这种方式,可以实现两种介质之间的热量转移,达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。管束是换热的核心部分,通过将多根管子固定在管板上,形成流体的通道。而壳体则是管束的外部保护壳,起到支撑和密封的作用。管侧流体通过管侧进出口进入管束内,与管内流体进行热量交换,然后再通过壳侧进出口流出。这样的结构设计,既保证了换热效率,又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。由于在换热过程中,介质可能存在腐蚀、高温等问题,因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。常见的材料有不锈钢、钛合金等。对于特殊的工况,还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中,还需要考虑一些其他因素。首先是换热面积的确定,它与换热效果直接相关。一般来说,换热面积越大,换热效果越好。其次是流体的流速和流量,它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。此外,还需要考虑到换热器的尺寸和重量,以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中,还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。例如,在高温高压的条件下,需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料;在对流体的温度变化要求较高的情况下,需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
压力容器安全技术
2.管壳式换热器
下面以管壳式换热器的重要部件为例,介绍其结构设计的要点。
(1)管箱包括管箱短节和分程隔板(多程换热器)两部分。
管箱短节结构设计要保证“最小内侧深度”的要求。
①轴向开口的单程管箱,不得小于接管内直径的1/3。
②多程管箱,应保证两程间最小流通面积不小于1.3倍每程管子的流通面积。此外,短节筒体厚度必须满足刚度要求。
分程隔板结构设计要点如下。
①保证强度要求(承受两侧流体压差)和刚度要求。
②水平分程隔板应开设φ6mm的排净孔。
③对于大直径和两侧流体温差很大时,宜设计为双层结构的分程隔板。
④分程隔板下缘应与管箱密封面齐平。
(2)圆筒固定管板式换热器最小厚度应不小于6mm(高合金钢筒体不小于4.5mm),圆筒的最小厚度随公称直径增大而增厚。
必须指出,圆筒的长度是在以换热管长度为标准长度的前提下按结构计算确定的,否则会造成换热管的不标准而带来材料的严重浪费。
(3)接管其结构设计应符合有关规定。此外,接管应与壳体表面齐平;接管应尽量沿壳体的径向或轴向设置;接管与外部管线可采用焊接连接;设计温度不低于300℃时,必须采用整体法兰;必要时可设置温度计口、压力表接口及液面计接口;对于不能利用接管(或接口)进行放气和排液的换热器,应在管程和壳程的最高点设置放气口,最低点设置排液口,其DNmin=20mm;立式换热器在需要时可设置溢流口。
(4)换热管U形弯管段的弯曲半径应不小于2倍管子外径。
如果需要,允许换热管拼接,但拼接焊缝不得超过1条(直管)或2条(U形管),且最小管长不得小于300mm。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模,包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型,对工艺流程进行模拟计 算,得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果,对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计,以提高换热效率和降低能耗。
数据输入与参数设置
介绍在HTRI软件中进行数据输入的方法,包括换热器结构参数、 工艺参数、物性参数等的设置,确保模拟计算的准确性。
模拟计算与结果分析
讲解如何利用HTRI软件进行模拟计算,并对计算结果进行分析, 包括温度场、流场、压力降等关键指标的评估。
典型案例分析讨论
1 2
百度文库
管壳式换热器设计案例 选取典型的管壳式换热器设计案例,分析其设计 要点、难点及解决方案,帮助用户掌握实际工程 应用中的设计技巧。
换热器优化案例 针对已有的换热器设计方案,进行优化分析,探 讨提高换热效率、降低能耗等方面的优化措施。
3
故障诊断与处理案例 介绍常见的换热器故障类型、诊断方法及处理措 施,提高用户对换热器运行维护的能力。
问题解决方案探讨
数据输入错误问题 针对用户在数据输入过程中可能出现的错误,提供解决方 案和建议,避免因此导致的计算错误或模拟失真。
管壳式换热器设计毕业设计
管壳式换热器设计毕业设计
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、制药等领域的温度调节设备。本文以一款管壳式换热器的设计为例,探讨其设计过程及要点。
第一步:确定设计参数
管壳式换热器的设计需要根据具体的工艺要求进行,设计参数包括热介质的流量、温度、压力及换热面积等。根据工艺流程的需要,本文设计一款管壳式换热器的参数如下:
热介质流量:10000 kg/h
热介质温度:200℃
进口压力:1.0 MPa
介质成分:二甲苯/水
第二步:确定换热器类型及结构形式
根据上述参数,选择合适的管壳式换热器类型及结构形式。本文选择一款双管道、异温、异相变的换热器,其特点是两种热介质流经本体内部的两个管道,同时进出口处也分别设有两个管道,热介质可以在各自管道内完全分离地流动,实现不同温度、压力及成分的换热。
第三步:进行基本计算及设计
根据换热器类型及工艺参数,进行热传导计算、热力计算及流量计算等基本计算,进而进行换热器本体的结构设计。在设计过程中,还需要考虑材料的选择、密封形式、热传导系数及管路连接方式等因素。
本文采用不锈钢材料制作换热器本体,采用机械密封方式,热传导系数为60 W/mK。设计结果如下:换热面积为80 m2,管长为2 m,管径为50 mm,导管数量为40根,然后根据设计结果进行机械加工、制造与连接。
第四步:确定测试及使用方案
完成换热器的制造后,需要进行测试与验证。测试过程中需要检测换热器的热传导效率、温度、压力等参数,以确保换热器的性能符合设计要求。测试完毕后,维护人员需对换热器进行定期维护,检查其状态并加以清洗。
管壳式换热器设计选型
管壳式换热器设计选型
一、换热器选型的基础
在管壳式换热器结构形式中,设计和选型的主要因素有:换热器的负
荷率、传热效率、凝结物沉积、对管壳换热器热性能的影响因素、管壳型
号和规格、在换热器抗冲击性能的影响、铭牌设计性能和管壳强度要求等。
1.关于管壳式换热器的负荷率
在计算换热器的负荷率时,需要考虑换热器的负荷率与介质流量温度
有关,当流量温度越大,换热器的负荷率越大,但流量温度比较低时,换
热器的负荷率就较低。在负荷率计算中,还需要考虑其他因素如液体的粘度、流体压力、换热面积、单位传热面积等。
2.关于管壳式换热器的传热效率
换热器的传热效率主要取决于换热器的几何结构,以及内、外管壳间
的接触面积大小,而内、外管壳间的接触面积的大小,又是由管壳结构型
号和规格参数决定的,所以,选择管壳型号和规格参数时,必须考虑到换
热器的传热效率。
3.凝结物沉积
凝结物沉积是管壳式换热器热性能的一个重要因素,它包括水铁、水铝、水锡等,这些凝结物会影响换热器的传热效率,严重影响换热器的使
用寿命。
管壳式换热器设计分析
管壳式换热器设计分析
摘要:本论文对管壳式换热器设计方法与步骤进行了系统的研究。在热力计
算和传热面积估算方面,通过确定热负荷和计算传热系数,估算所需传热面积。
流体力学计算和管壳布置设计,优化了流体流动方式,并可以减小压降损失。换
热器管束排列和通道设计,考虑了传热效果和流体压降。结构设计与材料选择确
保了换热器的强度和稳定性。热膨胀和热应力分析评估了换热器的结构稳定性和
安全性。通过这些研究,可以实现管壳式换热器设计的优化和改进,提高其整体
的性能和可靠性。
关键词:管壳式换热器,换热器设计,探讨分析
1理论基础
1.1 换热理论概述
换热理论是研究热能从一个物体传递到另一个物体的过程和规律。在热传导、对流和辐射三种传热方式中,换热理论主要关注的是传热的机制以及传热速率的
计算。
传热机制包括热传导、对流和辐射。热传导发生在物体内部或接触物体之间
的热能传递过程,主要取决于温度梯度和物体的导热性能。对流是通过流体介质(气体或液体)传递热能,主要取决于流体的流动状态和流体与固体的传热系数。辐射主要是通过电磁波辐射传递热能,主要由物体的表面温度和辐射特性决定。
在换热理论中,常用的换热方程包括热传导方程、对流换热方程和辐射换热
方程。根据具体的传热机制和边界条件,可以使用这些方程来分析和计算传热率、温度分布和换热系数等。
1.2 管壳式换热器基本原理和构造
管壳式换热器是一种较为常见的热交换设备,用于在两种流体之间进行热量
传递。它由一个外壳(壳体)和一个或多个管束组成。
基本的管壳式换热器原理是将一个流体通过一系列管子内部流动,另一个流
管壳式换热器设计与选型步骤
管壳式换热器设计与选型步骤
1、工艺计算:
1>按流体种类、冷却流体的流量、进出口温度、工作压力等计算出需要传递的热量。
2>根据流体的腐蚀性及其它特性选择管子和壳体的材料。并根据材料加工特性,流体的流量、压力、温度,换热管与壳体的温度,需要传递热量的多少,造价的高低及检修清洗方便等因素,决定采用哪一种类型的管壳式换热器。
3>确立流体的流动空间,即确定管程与壳程内分别是什么介质
4>确定参与换热器的两种流体的流向,使并流、逆流还是错流。并计算出流体的有效平均温差.
5>根据经验初选传热系数K,并估算所需传热面积A。
6>根据计算出传热面积A,参照我国管壳式换热器标准系列,初步确定换热器的基本参数(管径、管程数、管子根数、管长、管子排列方式、折流元件等的型式及布置、壳体直径等结构参数)。
7>根据确定的标准系列尺寸,进行传热系数的校核和阻力降的计算。最后按标准选用换热器或者
进行机械设计。
2、机械设计计算
机械设计计算包括:(1)壳体和管箱壁厚的计算
(2)管子与管板连接结构设计
(3)壳体与管板连接结构设计
(4)管板厚度计算
(5)折流板、支持板等零部件的结构设计(6)换热管与壳体在温差和流体压力联合作用下的应力计算
(7)管子拉脱力和稳定性校核
(8)判断是否需要膨胀节,如需要,则选择膨胀节结构形式,并进行有关的计算。
(9)接管、接管法兰、容器法兰、支座等的选择及开孔补强设计
管壳式换热器选型标准
管壳式换热器选型标准
一、工艺参数
在选择管壳式换热器时,首先要明确工艺参数,包括热负荷、冷流体和热流体的流量和温度、换热器材质以及工艺要求等。这些参数将直接影响换热器的设计、选材和制造。
二、物料特性
了解物料特性对于选择合适的管壳式换热器至关重要。物料特性包括密度、粘度、腐蚀性、相变性质(如沸点、熔点等)等,这些特性将决定换热器的设计、结构、材料选择以及操作方式。
三、设计条件
设计条件包括工作压力、温度、密封性要求、结构设计要求等。在选择管壳式换热器时,需要考虑这些条件,以确保换热器能够满足实际需求,并保证操作安全可靠。
四、结构形式
管壳式换热器的结构形式多种多样,包括固定管板式、浮头式、U形管式等。选择合适的结构形式需要考虑实际工况、工艺要求、物料特性和设计条件等因素。每种结构形式都有其优点和缺点,需要根据具体情况进行选择。
五、材料选择
根据物料特性和设计条件,选择合适的换热器材料。常用的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。在选择材料时,需要考虑腐蚀性、耐高温性能、抗低温性能等因素,以确保换热器的长期稳定运行。
六、传热计算
传热计算是选择管壳式换热器的重要环节。根据工艺参数和物料特性,进行传热计算,确定传热面积和传热系数等参数。传热计算将直接影响换热器的设计、结构和材料选择。
七、流体阻力计算
流体阻力计算是选择管壳式换热器的重要环节之一。对于不同的流体介质,需要计算其流经换热器时的阻力损失,以确定流体泵或风机的型号和规格。流体阻力计算将直接影响换热器的设计、结构和材料选择。
八、校核与优化
在完成初步设计和选型后,需要对换热器进行校核和优化,以确保其满足工艺要求和设计条件。校核主要包括强度校核、密封性校核等;优化主要包括结构优化、材料优化等。通过校核与优化,可以提高换热器的性能和可靠性,降低成本和维护成本。
管壳式换热器设计所需考虑的因素
管壳式换热器设计所需考虑的因素
换热设备的类型很多,对每种特定的传热工况,通过优化选型都会得到一种最合适的设备型号,如果将这个型号的设备使用到其他工况,则传热的效果可能有很大的改变。因此,针对具体工况选择换热器类型,是很重要和复杂的工作。对管壳式换热器的设计,有以下因素值得考虑。
1、流速的选择
流速是换热器设计的重要变量,提高流速则提高传热系数,同时压力降与功耗也会随之增加,如果采用泵送流体,应考虑将压力降尽量消耗在换热器上而不是调节阀上,这样可依靠提高流速来提高传热效果。
采用较高的流速有两个好处:一是提高总传热系数,从而减小换热面积;二是减少在管子表面生成污垢的可能性。但是也相应的增加了阻力和动力的消耗,所以需要进行经济比较才能最后确定适宜的流速。
此外在选择流速上,还必须考虑结构上的要求。为了避免设备的严重磨损,所算出的流速不应超过最大允许的经验流速。
以下的三个表格分别表示了介质的流速范围和水在管内的流速余材质的关系等。
下表为壳程气体的最大允许速度与气体成分的分子量和气体压力的关系:
2、允许压力降的选择
选择较大的压力降可以提高流速,从而增强传热效果减少换热面积。但是较大的压力降也使得泵的操作费用增加。合适的压力降值需要以换热器年总费用为目标,反复调整设备尺寸,进行优化计算而得出。
在大多数设备中,可能会发现一侧的热阻明显的高于另一侧,此侧的热阻成为控制热阻。可壳程的热阻是控制侧时,可以用增加折流板块数或者缩小壳径的方法,来增加壳侧流体流速、减少传热热阻,但是减少折流板间距是有限制的,一般不能小于壳径的"5或
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计
一、设计原理:
二、工艺要点:
1.确定热媒:根据工艺要求,选择合适的热媒,包括流体的物性参数(如密度、比热等)、热传导性能等。
2.确定传热面积:根据传热工质的物性、进出口温度差、热媒的传热系数等参数,计算所需的传热面积。一般情况下,可以根据热传导的基本公式进行计算,也可以通过经验公式进行估算。
3.确定流量与速度:根据热媒的性质及工艺需求,计算出所需的流量和速度。流量一般通过流量计进行测量,速度通过壳体内径和流量计算得出。
4.确定壳程和管程流体的传热系数:通过经验公式计算出壳程和管程的传热系数,用于后续的热传导计算。
5.确定传热过程:根据实际情况,选择合适的传热过程,包括对流传热、传导传热和辐射传热等。
6.确定材料和结构:根据工艺要求和运行条件,选择合适的材料进行制造。同时,结构设计要考虑到换热效果、运行安全性和维护方便性。
三、常见设计问题:
1.壳程流体和管程流体的温度差:对于壳程和管程,流体的温度差越大,传热效果越好。设计时需要考虑流体温度差对换热器的尺寸和传热效率的影响。
2.压降:壳程和管程的流体在换热过程中会产生压降。设计时需要考
虑压降对流体流速和传热系数的影响,并在设计中进行合理的折减和控制。
3.热媒的物性参数:热媒的物性参数对换热器的设计和运行有很大影响。需要考虑热媒的密度、比热、热传导系数等参数,并在设计中进行合
理的估算和计算。
4.材料选择:根据工艺要求和运行条件,选择合适的材料进行制造。
必须考虑材料的耐受性和耐腐蚀性,以及对流体和环境的影响。
总结:
管壳式换热器设计涉及多个方面的参数和工艺要求,包括热媒选择、
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管壳式换热器设计要点
【摘要】本文阐述了管壳式换热器设计中工艺参数的选择,换热器相关参数的选择,流体流动通道的选择,流体流速的选择及流速对传热系数和压降的影响。
【关键词】工艺参数换热器参数通道流速
1 前言
换热器是广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。换热器种类繁多,管壳式换热器因制造容易,生产成本低,选材范围广,清洗方便,适应性强,处理量大,工作可靠,且能适应高温高压而被广泛使用。然而管壳式换热器设计涉及很多参数的选取,如参数选择不当,必然影响换热器使用,造成材料浪费,运行成本增加,甚至造成装置无法正常运行。因此,针对管壳式换热器设计过程中的要点,分别阐述如下:
2 管壳式换热器设计要点 2.1 工艺参数
设计换热器必须提供的工艺参数:
(1)两侧流体的流量和进出温度。一般工艺物料的进出温度由工艺流程确定,变化不大;换热器用冷却水作冷却剂时,确定冷却水出口温度时应注意以下几点:
冷却水的出口温度不宜高于60℃,以免结垢严重;
高温端温差不应小于20℃,低温端不应小于5℃;
当采用多管程、单壳程的管壳式换热器,冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。
另外,在冷却或者冷凝工艺物流时,冷却剂的入口温度应高于工艺流体中易结冻组分的冰点,一般高于5℃。在对反应物进行冷却时,为了控制反应,应维持反应流体和冷却剂之间的温差不低于10℃。当冷凝带有惰性气体的工艺流体时,冷却剂的出口温度应低于工艺流体的露点,一般低5℃。
(2)两侧流体的操作压力,对没有给定密度的气体尤为重要,对液体则不重要。
(3)两侧流体允许的压降,流体压降是换热器设计非常重要的一个参数。我们经常都会忽视它,设计时应把换热器放在系统中具
体分析,一般的液体,每壳程是0.5一0.7kgf/cm2,因为要保证较高的流速,以达到湍流。对气体一般允许0.05一0.2kgf/ cm2,最常用的是o.lkgf/cm2。
(4)两侧流体的污垢系数。
(5)两侧流体进出温度范围内的粘度、导热系数、密度和比热等物性参数。
(6)非正常条件,操作连续或间歇等其它要求。
2.2 换热器有关参数
(1)选择换热器的类型,如果没有特别要求,设计者可根据tema 标准里各种不同结构的换热器的特性选择换热器的类型。
(2)接管尺寸,接管尺寸要与管道尺寸相匹配,以避免增加大小头。
(3)换热管规格,一般表示成外径x壁厚x长度的形式,我们常用的管子规格是(φ19mm x2mm,φ25 mm x 2mm,φ25mm x 2.5mm,φ38 mm x 3 mm,φ38mm x 2. 5mm。管长模数是3m,6m,9m和12m,
除了换热器本身设计要求外,可根据换热器布置区域决定最大的管长。
(4)换热器壳径,对可拆卸管束的换热器,最大的壳径根据管束的拆卸要求和起重机的能力来确定,例如:u型管和浮头式;对于固定管板式换热器,仅受制造商加工能力的限制。推荐的换热器直径,对于浮头式是1.4-1.5m,而固定管板的换热器直径可做到大于3m。
(5)管和壳材质,如果管和壳材质一样,则所有零部件的材质也应该和其一样。如果管和壳材料不一样,则要注意管箱、管板等部件的材质。
2.3 流体流动通道的选择
在管壳式换热器设计中可根据以下原则选择流体流动通道:
(1)不洁净和易结垢的液体宜走管程,因管内清洗方便,特别是高压水射流雾化喷嘴的应用。
(2)腐蚀性流体宜走管程,以免管束和壳体同时受到腐蚀,以节约耐腐蚀材料。
(3)压力高的流体宜走管程,以免壳体承受压力,以减少壳体厚度。
(4)饱和蒸汽宜走壳程,因饱和蒸汽比较清洁,冷凝液容易排出。
(5)被冷却的流体宜走壳程,便于散热。
(6)若两流体温差较大,对于刚性结构的换热器,宜将给热系数大的流体通人壳程,以减少热应力。
(7)流量小而粘度大的流体一般以走壳程为宜,因壳程re > 100即可达到湍流
2.4 流体流速选择
2.4.1?管侧
圆形直管内强制湍流的给热系数公式:a=0.027(λ/d)(ρd u/μ)0.8(cpμ/
式中,a为给热系数,kcal/ m2.h.℃;λ为导热系数,kcal/ m.h.℃;d为管径,m;ρ为流体密度,kg/m3;u为流速,m/s;μ为粘度,kgf.s/ m2;cp为比热,kcal/kg.℃。
从上式可看出,流速强烈影响传热系数,对于湍流,管侧给热系数和流速的0.8次方成正比,而我们知道压降和流速的平方成正比。增加流速,压降比给热系数增加得更快,因此应该有一个最适宜的流速。另外,较高的流速会引起冲刷腐蚀,但是,压降对于流速的限制要比防止冲刷腐蚀优先。一般在管侧液体的推荐流速是
l .0m/s,最大为3.0m/s。压降和流速的平方以及管长成正比,如果管径和长度可以变化,则可以在允许的压降范围内,使用较高的流速以达到较高的给热系数a。
2.4.2?壳侧
壳侧湍流(re > 100),给热系数与流速的0.6~0.7次方成正比,而压降同流速1.7~2.0次方成正比。
3 结束语
换热器设计是工艺设计的一个重要组成部分,据统计,在石油化工系统中换热器占设备投资的40%左右,管壳式换热器占换热器的
70%左右。在进行管壳式换热器设计时,在基本理论不变的前提下,应更多的根据各套装置的特点、现场实际情况以及运行经验具体考虑。