管壳式换热器设计和选型

（3） ）
（4） ）
（2）计算管程的压降和传热系数
a、参考表选定流速 参考表选定流速，确定管程数目，计算管程压降 参考表选定流速
l ρu 2 （ ∑ ∆pi = (∆p1 + ∆p2 )Ft N s N p = λ d + 3） 2 Ft N s N p
若管程允许压降已经有规定，可由上式计算管程数Ns. b、计算管内传热系数hi< K估则应增加管壳数，重新） 则应增加管壳数，重新） 计算。若改变管程不能同时满足h 和 计算。若改变管程不能同时满足 i> K估,和 ∑ ∆pi < ∆p允 ,则应重新估计 估(减小 ，另选一台换热器 则应重新估计K 减小 减小)， 则应重新估计 型号进行试算。 型号进行试算。
(2) BIU 600--1.6--90--6/25-2 II
封头管箱，公称直径600mm， 封头管箱，公称直径600mm，管、壳程压力均为 1.6MPa，公称换热面积90平方米 普通级冷拔换热管， 1.6MPa，公称换热面积90平方米，普通级冷拔换热管， 平方米， 外径25mm，管长6m， 管程，单壳程的U 外径25mm，管长6m，2管程，单壳程的U形管式换热 器。
⑦流量小或粘度大的流体宜走壳程，因流体在有 流量小或粘度大的流体宜走壳程， 折流挡板的壳程中流动， 折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断 改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流， 改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流，以 提高传热系数。 提高传热系数。 若两流体温差较大， ⑧若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流 体走壳程，因壁面温度与α大的流体接近， 体走壳程，因壁面温度与α大的流体接近，以减 小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。 小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。 以上原则并不是绝对的，对具体的流体来说， 以上原则并不是绝对的，对具体的流体来说， 上述原则可能是相互矛盾的。因此， 上述原则可能是相互矛盾的。因此，在选择流体 的流径时，必须根据具体的情况， 的流径时，必须根据具体的情况，抓住主要矛盾 进行确定。 进行确定。
• 鉴于管壳式换热器应用极广，为便于设计、 制造、安装和使用，有关部门已制定了管 壳式换热器系列标准。 可查 GB151管壳式换源自器的标准U式换热器型号标称
U形管式换热器型号及其表示方法 形管式换热器型号及其表示方法
例： (1) BIU 800--2.5--245--6/19-4 I
封头管箱，公称直径800mm， 封头管箱，公称直径800mm，管、壳程压力均为 2.5MPa，公称换热面积245平方米 较高级冷拔换热管， 2.5MPa，公称换热面积245平方米，较高级冷拔换热管， 平方米， 外径19mm，管长6m， 管程，单壳程的U 外径19mm，管长6m，4管程，单壳程的U形管式换热 器。
• DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)： • 按GB151规定，其中l.b.d分别为菱形 管、波纹管、螺纹管。
• RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRCBOS900-1.6RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRCBOS900-1.6210-6/25210-6/25-6I 是洛阳石油化工工程公司的浮头式折流杆换热器 R：折流杆 E（C）：E为换热器，C为冷凝器 ）：E为换热器， B：封头管箱 O：壳体为外导流筒结构 S：钩圈式浮头 一般的可查GB151规定，现在新型的设备型号越来 越多 ，可联系一下出图的设计院 。
（3）计算壳程的压降和传热系数
a、参考表选定流速 参考表选定流速，选定挡板间距，计算壳程压降。 参考表选定流速 若压降不符合要求，要调整流速，再确定管程和折 流挡板间距，或选择其它型号的换热器，重新计 算压降直至满足要求为止。
b 、计算壳程传热系数hO，若其太小，可减少挡板 间距，增加挡板数。
（4）计算传热系数，校核传热面积 计算传热系数，
• 1．设计的基本原则 （1）流体流径的选择流体流径的选择是指在管程和壳 程各走哪一种流体，此问题受多方面因素的制约， 程各走哪一种流体，此问题受多方面因素的制约，下 以固定管板式换热器为例，介绍一些选择的原则: 面以固定管板式换热器为例，介绍一些选择的原则: ①不洁净和易结垢的流体宜走管程 不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比 较方便。 腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐 ②腐蚀性的流体宜走管程 蚀，且管程便于检修与更换。 压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳 ③压力高的流体宜走管程 体金属消耗量。 被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作 ④被冷却的流体宜走壳程 用，增强冷却效果。 饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸 ⑤饱和蒸汽宜走壳程 汽较洁净，一般不需清洗。 有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏量。 ⑥有毒易污染的流体宜走管程
（2）流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系 流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系 流动阻力及换热器结构等方面。 数、流动阻力及换热器结构等方面。 流速↑ 流速↑加大对流传热系数，减少污垢的形成，使总传 热系数增大； 但同时使流动阻力加大，动力消耗增多；选择 高流速，使管子的数目减小，对一定换热面积，不 得不采用较长的管子或增加程数，管子太长不利于 清洗，单程变为多程使平均传热温差下降。 因此，需通过多方面权衡选择适宜的流速。
压强的单位换算关系： • • • • 1kgf/cm2=98066.5Pa 1MPa=106Pa 1bar=0.1MPa=106dyn/cm2 1atm=760mmHg=101325Pa
管壳式换热器的设计与选型 换热器的设计是通过计算，确定经济合 理的传热面积及换热器的其它有关尺寸， 以完成生产中所要求的传热任务。
表1至3列出了常用的流速范围，可供设计时参考。 选择流速时，应尽可能避免在层流下流动。 表1管壳式换热器中常用的流速范围 流体种类： 流速m/s 流体种类：一般流体 易结垢液体 气体 流速m/s 5.0 ~30 管程 0.5 ~3.0 > 1.0 3.0 ~15 壳程 0.2 ~1.5 > 0.5 表2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速
例：管壳式换热器的计算：某化工厂拟采用管壳式换热器回收甲苯 管壳式换热器的计算： 的热量将正庚烷从80℃预热到130℃。已知：正庚烷的流量 的热量将正庚烷从 ℃预热到 ℃ 已知： qm2=40000kg/h,甲苯的流量 m1=39000kg/h;T1=200℃；管壳两侧的 甲苯的流量q 甲苯的流量 ℃ 压降皆不应超过3kPa.正庚烷在进出口平均温度下的有关物性为： 正庚烷在进出口平均温度下的有关物性为： 压降皆不应超过 正庚烷在进出口平均温度下的有关物性为
甲苯在进出口温度下的物性如下： 甲苯在进出口温度下的物性如下：
换热器，其主要参数如下： 换热器，其主要参数如下： 外壳直径D＝ 公称压强P＝ 公称面积A＝ 外壳直径 ＝500mm,公称压强 ＝1.6MPa,公称面积 ＝54m2,管程 公称压强 公称面积 管程 数NP＝2，管子排列方式：正方形。管子尺寸 ，管子排列方式：正方形。管子尺寸φ25×2.5mm,管长 × 管长 L=6m,管数 T＝124，管中心距 管数N 管数 ，管中心距t=32mm. （2） ）
液体粘度mPa·s 液体粘度mPa·s > 1500 1500 ~500 500 ~100 100~35 35 ~ 1 0.75 1.1 1.5 1.8 最大流速 m/s 0.6 <1 2.4
表3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度 管壳式换热器中易燃、 液体名称 乙醚、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油 丙酮 乙醚、二硫化碳、 甲醇、乙醇、 安全允许速度， 安全允许速度，m/s < 1 < 2 ~3 < 10
（1）初选换热器的尺寸规格 • a. 初步选定换热器的流动方式，由t’1 ,t”1 ，t’2, 初步选定换热器的流动方式， 确定流体在换热器中两端的温度， t”2确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温 确定在定性温度下的流体物性。计算△ 度，确定在定性温度下的流体物性。计算△tml， 的数值应大于0.8。 和ψ， ψ的数值应大于 。确定壳程数或调整加 ， 的数值应大于 热介质或冷却介质的终温 (t”2 ) 。 • b. 根据经验（或查相关的表）估计传热系数 估， 根据经验（或查相关的表）估计传热系数K 计算传热面积A 计算传热面积 估。 • c.根据 估的数值，参照系列标准选定换热管的直 根据A 根据 的数值， 长度及排列；如果是选换热器，可根据A 径、长度及排列；如果是选换热器，可根据 估在 系列标准中选择适当的换热器型号。 系列标准中选择适当的换热器型号。 接下去的计算步骤是检验初选的换热器是否符合 实际条件下的要求。 实际条件下的要求。 （2） ） （3） ） （4） ）
§3-3 管壳式换热器设计和选型 管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器是一种传统的标准换热设备。 管壳式换热器是一种传统的标准换热设备。 它具有制造方便、选材面广、适应性强、 它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理 量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、 量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、高压等 优点。 优点。 在许多工业部门中大量使用，尤其是在石油、化 在许多工业部门中大量使用，尤其是在石油、 热能、动力等工业部门所使用的换热器中， 工、热能、动力等工业部门所使用的换热器中，管 壳式换热器居主导地位。 壳式换热器居主导地位。
（3）管子的规格和管间距 ①管子规格管子规格的选择包括管径和管长。目前 试行的管壳式换热器系列只采用25×2.5mm及 19×2mm两种管径规格的换热管。对于洁净的流体， 可选择小管径，对于易结垢或不洁净的流体，可选 择大管径。 ②管间距管子的中心距 称为管间距，管间距小，有 利于提高传热系数，且设备紧凑。但由于制造上的 限制。常用对比关系见表4。 表4管壳式换热器外径与中心距 的关系 换热管外径 ， mm 10 14 19 25 32 38 45 57 换热管中心距 ， mm 14 19 25 32 40 48 57 72