壳管换热管数量计算
管壳式换热器计算表格
23
逆流时的对数 Δt1m,c 平均温差 P R
℃
24 参数P及R
t2 t2 t1 t2 t ' t " R 1 1 t2 " t2 P
℃ W/(m^2•℃) m^2 mm m 由<2-4>型公式计算
25 温差修正系数 26 有效平均温差 27 初选传热系数 28 估算传热面积 29 管子材料及规 格
0.224
0.473
0.5
9
合理 取标准值φ 180×5
按钢管标准
165.2548901
30404.94833
5181.647061
弓形 0.125 120 0.25 17 116 0.0254 112 24
0.4955 0.038394852
0.680316763
0.010670842 0.02772401
见表2.7，估计壳体直径在 400~700mm之间
nt dl
2nt dl
由草图量出或算出
m
42 管束外缘直径
DL
m
0.224×2+2×0.0125
Ds DL 2b3 b3 0.25d 6.25mm, 且 ≮ 8mm, 故
43 壳体内径
DS
m
Ds 0.473 2 0.008 0.489
λ2 μ2 Pr2 ηL Q M2
W/(m•s) kg/(m•℃) kw kg/s
查物性表 查物性表
2cp1 719 106 4180 Pr2 2 0.622
取用
Q M1cp1 (t1 ' t1 '')L
M 2 Q / c p 2 (t2 '' t2 ')
管壳式热交换器的热力计算
3. 壳程流通截面积的确定
a. 纵向隔板，要确定其长度。
采用连续性方程。
标准： 使流体在纵向隔板转弯时的流速与各流程中顺管束流动时速度基本相等。 问题: 怎么确定壳程流速？
b. 弓形折流板，要确定其缺口高度。
标准： 流体在缺口处的流通截面积与流体在两折流板间错流的流通截面积 相接近，以免因流动速度变化引起压降。
b) 回弯阻力
Pi 4
wt2
2
Zt
Pa,
Z t 管程数
c) 进、出口连接管阻力
Pi 1.5
2 wn
2
Pa
2. 壳程阻力计算
a) 无折流板 可直接利用直管中沿程阻力计算公式 4A 当量直径 d 自由流通面积和湿周 U b) 弓形折流板 包括了顺流和叉流的复杂流动，有间隙泄漏、旁路等，所以很难准确地计 算阻力 贝尔-台华法 具体方法见课本
四、管壳式热交换器的合理设计
1．流体在热交换器内流动空间的选择原则：
1）提高传热系数小的一侧的换热系数 2）省材料，降低成本 3）便于清洗检修 4）减少和环境的热量交换 5）减少受热不匀造成的热应力 管内：容积流量小的，不清洁易结垢的，压力高的、有腐蚀性的，加热设备 中的高温流体或低温设备中的低温流体 壳体：容量大尤其是气体，刚性结构换热器中对流传热系数较大的流体，饱 和蒸汽等
山东大学· Βιβλιοθήκη 源与动力工程学院 杜文静第二章 管壳式换热器
一．管壳式热交换器的结构计算
结构计算的目的在于确定设备的主要结构参数和尺寸，包括： (1) 计算管程流通截面积，包括确定管子尺寸、数目、管程数，并选择管 子的排列方式等； (2) 确定壳体直径； (3) 计算壳程流通截面积，包括折流板类型； (4) 计算进出口连接管尺寸。
管壳式换热器传热计算示例终 用于合并
Pa;
取导流板阻力系数:
;
导流板压降:
壳程结垢修正系数: 壳程压降:
Pa ;(表 3-12)
管程允许压降:[△P2]=35000 Pa;(见表 3-10) 壳程允许压降:[△P1]=35000 Pa;
△P2<[△P2] △P1<[△P1] 即压降符合要求。
Ｐa;
(2)结构设计(以下数据根据 BG150-2011)
m2; 选用φ25×2、5 无缝钢管作换热管; 管子外径 d0=0、025 m; 管子内径 di=0、025-2×0、0025=0、02 m; 管子长度取为 l=3 m; 管子总数:
管程流通截面积:
取 720 根 m2
管程流速: 管程雷诺数: 管程传热系数:(式 3-33c)
m/s 湍流
6)结构初步设计: 布管方式见图所示: 管间距 s=0、032m(按 GB151,取 1、25d0); 管束中心排管的管数按 4、3、1、1 所给的公式确定:
结构设计的任务就是根据热力计算所决定的初步结构数据,进一步设计全部结构尺寸, 选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸,现简要综述如下:
1) 换热器流程设计 采用壳方单程,管方两程的 1-4 型换热器。由于换热器尺寸不太大,可以用一台,未考虑 采用多台组合使用,管程分程隔板采取上图中的丁字型结构,其主要优点就是布管紧密。 2)管子与传热面积 采用 25×2、5 的无缝钢管,材质 20 号钢,长 3m,管长与管径都就是换热器的标准管子 尺寸。 管子总数为 352 根,其传热面积为:
3)传热量与水热流量
取定换热器热效率为η=0、98; 设计传热量:
过冷却水流量:
; 4)有效平均温差 逆流平均温差:
根据式(3-20)计算参数 p、R: 参数 P:
管壳式换热器
弓形折流板的排列
弓形折流板尺寸：缺口大小（高度h）和板间距B
管壳式换热器的类型、标准与结构
缺口大小：按切去弓形弦高占壳体内径百分比（h/Di）来确定
单相换热：h/Di=(20-25)% 壳程蒸发：h/Di=45% 壳程冷凝：h/Di=(25-45)%。
等边三角形法
同心圆法
正方形法
管壳式换热器的类型、标准与结构
等边三角形排列：传热性能好，但流动阻力大； 同心圆排列：紧凑，布管均匀，但制造和装配比较困难；
正方形排列：清洗方便，流动阻力小，但传热性能差。
组合排列：用于多管程换热器中，每一程都采用等边三角形排列，而 在各程相邻管排间，为便于安装隔板，则采用正方形排列。 转角排列：（1）流体流动方向与三角形一边平行的转角等边三角形排 列；（2）流体的流动方向与正方形一条对角线垂直的转角正方形排列
管壳式换热器
管壳式换热器的类型、标准与结构
1) 固定管板式换热器
结构：将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，管板与 壳体固定在一起。
特点：
（1）结构比较简单、重量轻，成本低，在壳程程数相同的条件 下可排的管数多； （2）壳程不能检修和清洗，因此，宜于不易结垢和清洁的流体 换热； （3）当管束与壳体的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使 管子与管板的接口脱开，从而发生流体的泄漏。
安装：焊接在管箱上，在管板上设分程隔板槽，槽的宽度、深度
及拐角处的倒角等均有具体规定。
管壳式换热器的类型、标准与结构
常见管板分程布置
管壳式换热器的类型、标准与结构
折流板和支持板
作用：（1）使流体横掠管束，增大传热系数；（2）支撑管束；
热管的换热基本知识及其换热计算
热管的换热基本知识及其换热计算热管的换热原理及其换热计算—热管简介热管是近几十年开展起来的一种具有高导热性能的传热元件,热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。
热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。
其结构如下图: heat oulcontainerheat inwick structureliquid flow热管的工作原理是：夕卜部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升;液体温度上升，液面蒸发，直至到达饱蒸气压』匕时热量以潜热的方式传给蒸气。
蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。
在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段,并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。
放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。
冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。
如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。
绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用,并使管内工质不与外界进行热量传递。
在热管真空度到达要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。
根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括:轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。
基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证,多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。
(1)产品展示⑵产品参数说明工程热管长度主体资料毛细结构工作介质设计工作温度设计使用倾角传热功率热阻系数手艺参数> 100mm铜管槽沟/烧结芯/丝网管冷媒30^200°C> 5°50~1000w〔根据实际产品规格型号〕<0.08°C/W〔参考值〕传热功率测试原理断热部台面加热部1〕加热功率有功率调治仪控制输入;2〕热管保持与水平台面c〔角度〔根据具体应用定〕；测试总体要求3〕管壁上监测点的温度变化在5min内小于0.5°C认为传热到达稳定状态，记录此时传热功率为最大传热功率。
管壳式换热器的常用规格
159
1
1.60
—
—
—
219
1
2.50
—
—
—
273
L2
4.00
—
325
1
6.40
—
400
2
—
450
4
—
500
—
—
600
0.60
—
—
700
1.00
—
—
—
800
2.50
—
—
—
900
1
4.00
—
1000
2
—
—
(IWO)
—
—
—
1200
4
∙-
—
—
(1300)
0.25
0.60
Loo
1.60
2.50
—
—
—
150.8
202.1
—
4
542
27
0.0239
—
—
93.8
1423
190.9
—
6
518
24
0.0153
—
89.7
136.0
182.4
—
800
0-60
L 60
2.50
4.00
1
797
31
0.1408
一
138.0
209.3
280.7
—
2
776
31
0.0686
—
—
134.3
203.8
273.3
—
4
722
31
51
0.1838
管壳式换热器热力计算
式中 mc，mh——分别为冷流体、热流体的质量流速，kg/s； cp,c，cp,h——分别为冷流体、热流体的定压比热容，J/(kg·℃）； Tc,i，Tc,o——冷流体的进、出口温度，℃； Th,i，Th,o——热流体的进、出口温度， ℃；
若考虑换热器对外界环境的散热损失Qc，则热流体放 出的热量Q1将大于冷流体所吸收的热量Q2 ： Q1=Q2+Qc Q2=η cQ1 热损失系数η c通常取0.97~0.98 不管师傅考虑热损失，在管壳式换热器的设计计算中， 热负荷Q一般取管内流体放出或吸收的热量。
1.3平均温度差和温差修正系数
(1)算术平均温度差 Δ tm1= (Δ t1+ Δ t2)/2 (2)对数平均温度差 Δ tm2= (Δ t2- Δ t1)/ln (Δ t2 / Δ t1) 式中 Δ tm2——较大的温度差； Δ tm1——较小的温度差。 当Δ tm1/ Δ tm2<2时，采用算术平均温度差，否则采用对数 平均温度差。在计算平均温度差时，对无相变的对流传热， 逆流的平均温度差大于并流的平均温度差，因而在工业设 计中在工业设计中，在满足工艺条件的情况下，通常选用 逆流。
1.稳态传热方程
热流体将热量通过某固定面传给冷流体成为传热，稳态传热 的基本方程为：Q=KAΔ tm 式中 Q——热负荷，W； K——总传热系数，W/(m2·℃)； A ——换热器总传热面积，m2； Δ tm——进行换热的两流体之间的平均温差， ℃
1.1热负荷
当忽略换热器对周围环境的散热损失时，根据能量平衡， 热流体所放出的热量应等于冷流体所吸收的热量。即： Q=mccp,c(Tc,o-Tc,iຫໍສະໝຸດ =mhcp,h(Th,i-Th,o)
(3)温差修正系数FT 在错流和折流换热器中，温度分布情况相当复杂，可按(2) 中公式计算出逆流的平均温度差，然后乘以修正系数，即 可计算有效平均温差Δ tm； Δ tm=FTΔ tlm 式中 Δ tlm——逆流时的对数平均温度差，℃； FT——温差修正系数 (查换热器设计手册中图1-3-6 取得)。
换热器计算实例范文
换热器计算实例范文换热器是一种用于将热量从一个物体传递到另一个物体的设备。
它在许多工业和日常应用中广泛使用，如锅炉系统、空调系统、汽车发动机等。
本文将通过一个实际的案例来说明如何计算换热器的设计参数。
假设我们需要设计一个用于汽车发动机冷却的换热器。
汽车发动机在运行过程中会产生大量的热量，如果不及时散热，将会导致发动机过热，甚至损坏。
因此，冷却系统是汽车发动机非常重要的一部分。
第一步是确定设计参数。
我们需要知道发动机的最大功率和最大工作温度，以及冷却系统的工作条件，如冷却液的进口温度和出口温度。
假设发动机最大功率为100kW，最大工作温度为100°C。
冷却液的进口温度为80°C，出口温度为90°C。
根据这些参数，我们可以计算出需从发动机散热的热量。
热量的传递可以通过换热器的有效面积来实现。
根据热传递定律，热量传递速率与温度差和有效传热面积成正比。
我们可以使用以下公式计算热量传递速率：Q=U×A×ΔT其中，Q为热量传递速率，U为换热系数，A为有效传热面积，ΔT为温度差。
第二步是选择适当的换热器类型。
根据具体的应用要求和可用条件，可以选择不同类型的换热器，如壳管式换热器、板式换热器等。
在汽车发动机冷却系统中，常用的是壳管式换热器，因为它具有良好的热传导性能和可靠性。
第三步是计算换热系数。
换热系数是一个重要的设计参数，它反映了热量传递的效率。
换热系数取决于换热器的结构和材料，以及流体的性质和流动速度。
根据经验公式，壳管式换热器的换热系数可估算为：U=k×ΔTm其中，k为换热系数的经验常数，ΔTm为平均温差。
第四步是计算有效传热面积。
根据前面的公式，我们可以把热量传递速率和换热系数代入，得到：A=Q/(U×ΔT)最后一步是进行换热器的选型和设计。
根据上述计算结果，我们可以选择适当的壳管式换热器，并确定其设计参数，如管道的数量和长度，管径等。
壳管式冷凝器传热及阻力计算
994.93
4179
2.5 0.002212702 10.42429243
10
0.120188654
组合计算结果
有效单管长l/m
2.759664977 1.379832488 0.919888326
估算壳体内径Di/m
0.120188654 0.169972424 0.208172855
0.689916244
换热管参数
翅顶直径dt（mm）
15.1
翅顶宽度δt（mm）
0.4
翅底直径db（mm） 输入换热
管基本参 换热管内径di（mm） 数
翅片间距sf（mm）
翅间夹角φ（度）
管间距（mm）
材料导热系数λW/（m·K）
翅高h（mm）
当量翅高（mm）
翅根管壁壁厚δ（mm）
每米管长 的有关面
每米管长翅顶面积ad（m2/m） 每米管长翅侧面积af（m2/m）
布置的有效管长L（m）
46000 6000 7.666666667 55.19329953
流程数N 总根数NZ
2
20
4
40
6
60
8
80
流程数N 6
确定每流程管数
冷却水进口温度tw1（ ℃）
30
冷却水出口温度（ ℃）
35
水的密度ρ（kg/m3) 水的定压比热容Cp（J/kg· K）
冷却水流速ω（m/s） 所需水量qv（m3/s） 每流程管数Z（根） 管数取整Z（根）
0.81 1.38432935 2878.458318 6476.531215
传热校核
热流密度（公式2）（W/m2） 计算所需的换热面积 传热校核 假定的热流密度取值是否合适 换热面积富余量 总传热系数α（外表面为基准）（W/(m2·K)） 总传热系数α（内表面为基准）（W/(m2·K)） 管板厚度（mm） 左右两管板外侧端面的距离（m） 冷却水在进出水接管中的流速（m/s） 水阻计算 阻力系数ξ
管壳式换热器的设计及计算
所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的流体，前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热[2]。最近还兴起一种EHD技术，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注[3]。其原理是，对某些不导电液体的表面施以相垂直的电场，使液体表面变得很不稳定，借冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电场耗用的电力很小。人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径，即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的湍流增进器或插入物。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
第一章
在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
管壳式换热器传热计算示例(终)
管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程1.5MPa （表压），壳程压力为0.75MPa（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。
2、设计计算过程：（1）热力计算1)原始数据：过冷却水进口温度t1′=145℃；过冷却水出口温度t1〞=45℃；过冷却水工作压力P1=0.75Mp a（表压）冷水流量G1=80000kg/h；冷却水进口温度t2′=20℃；冷却水出口温度t2〞=50℃；冷却水工作压力P2=0.3 Mp a（表压）。
改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp2)定性温度及物性参数：冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃；冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3；冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；过冷水的定性温度℃；过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；过冷水的比热查物性表得C p1=4.192kJ/kg.℃；过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃；过冷水的普朗特数查物性表得P r2；过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。
过冷水的工作压力P1=1.5 Mp a（表压）3)传热量与水热流量取定换热器热效率为η=0.98；设计传热量：过冷却水流量：；4)有效平均温差逆流平均温差：根据式（3-20）计算参数p、R:参数P：参数R：换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=0.83；有效平均温差：5)管程换热系数计算：附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃；初选传热面积：m2；选用φ25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子径d i=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；管子总数：取720根管程流通截面积：m2管程流速：m/s管程雷诺数：湍流管程传热系数：（式3-33c）6)结构初步设计：布管方式见图所示:管间距s=0.032m（按GB151,取1.25d0）；管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定：取20根；壳体径：m 取Di=0.7m；长径比：布管示意图l/D i=3/0.9=3.3 ，合理选定弓形折流板弓形折流板弓高：折流板间距：m折流板数量：折流板上管孔直径由GB151-2014可确定为 0.0254mm折流板直径由GB151-2014可确定为 0.6955m 7）壳程换热系数计算壳程流通面积：根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2壳程流速：m/s ；壳程质量流速：kg m 2/s ；壳程当量直径：m ；壳程雷诺数：； 切去弓形面积所占比例按 h/D i =0.2查图4-32得为0.145壳程传热因子查 图3-24得为j s =20 管外壁温度假定值 t w1′=45℃ 壁温过冷水粘度 Pa.s粘度修正系数：根据式（3-62）计算壳程换热系数：8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r 2=0.000344m 2.℃/w 管壁热阻r 忽略 总传热系数：传热系数比值，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：Ｗ/m2.℃根据式(3-94a)计算管外壁温度：℃误差较核：℃，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管壁温度：℃；壁温下水的粘度：Pa·s；粘度修正系数：；查图3-30得管程摩擦系数：管程数：；管沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.ρ）回弯压降：Pa；取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s； (依据ρw2<3300取 w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据 3-113)：；管程结垢校正系数：；管程压降：11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；雷诺数：；查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34)管束压降（公式3-129）：Pa；取进出口质量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：Pa；取导流板阻力系数：;导流板压降：Pa壳程结垢修正系数：；(表3-12)壳程压降：Ｐa；管程允许压降：[△P2]=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：[△P1]=35000 Pa；△P2<[△P2]△P1<[△P1]即压降符合要求。
管壳式换热器布管计算
管壳式换热器布管计算摘要:管壳式换热器设计工作中,管板上管孔数量是一个重要的设计数据,它是决定一台换热器的换热面积、管板的计算厚度、壳程壳体计算厚度等许多结果的一个重要参数,必须绝对准确。
但计数是一项繁琐的工作。
通过在布管限定园内作梯形图及简易公式推导,以简化这项繁琐的工作,提高设计工作效率,缩短设计周期。
在管壳式换热器设计工作中,管板上管孔数量是一个非常重要的设计数据,它是决定一台换热器的换热面积、管板的计算厚度、壳程壳体计算厚度等许多结果的一个重要参数,必须绝对准确。
然而在以往的设计工作中,因无计算公式只能在布管限定园内一个个去数。
如果是直径比较大的换热器,换热管能达到近千根,数一次管孔数量甚至会叫人头晕眼花,不但工作强度大,也容易出现失误,造成漏计,为设计带来安全隐患[1],下面本文提供一个简便的计算方法来简化这项繁琐的工作。
首先,需在管板上确定布管限定圆,根据ＧＢ151-1999《管壳式换热器》中规定按正三角形式转角正三角形排列(正方形或转角正方形不适用此方法),进行布管(如图1)布管完毕后,在布管区域内画一个梯形,尽量涵盖大部分的开孔,即可通过下列算式推导出梯形内管孔数量:ｎ1=Ｎｘ+2(Ｎｘ-1)+2(Ｎｘ-2)+2(Ｎｘ-3)+......+2Ｎ[ｘ-(Ｎｙ-1)/2=Ｎｘ+2{(Ｎｘ-1)+(Ｎｘ-2)+(Ｎｘ-3)+......+[Ｎｘ-(Ｎｙ-1)/2]}=Ｎｘ+Ｎｘ(Ｎｙ-1)ｘ-2[1+2+3+......+(Ｎｙ-1)/2]=ＮｘＮｙ-2{[(Ｎｙ-1)/2+1](Ｎｙ-1)/2}/2=ＮｘＮｙ-(Ｎｙ2-1)/4即:ｎ1=ＮｘＮｙ-(Ｎｙ2-1)/4(Ｎｙ需取奇数)由此公式即可算出梯形涵盖的管孔数量ｎ1,然后加上梯形外部与布管限定圆之间的管孔数量(数量很少,非常容易计数)即可得到1/4布管区域内管孔数量ｎ2。
按下列公式可得出管板上全部管孔数量:Ｎ=4ｎ2+Ｘ+Ｙ-1(原点如果开设管孔只可计算一次)采用这种方法计算换热管数量既简便又准确,可为设计工作节约大量得时间摆脱繁琐的工作。
完整版换热器计算步骤
第2章工艺计算2.1设计原始数据2.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K,然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍（9）选取管长I。
（10）计算管数N T（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D j和壳程挡板形式及数量等（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积第2章工艺计算（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3确定物性数据 2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在 p=7.22MPa t>295 C 情况下为蒸汽，所以在不考 虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体 的平均温度为：管程流体的定性温度:根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据2.3.2物性参数管程水在320C 下的有关物性数据如下：【参考 物性数据 无机 表1.10.1 ]表2 — 2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]:【锅炉手册 饱和水蒸气表]t=420 2952357.5 °C(2-1 )T=310 3302320 C第2章工艺计算2.4估算传热面积 241热流量根据公式（2-1）计算：Q WC p t将已知数据代入 （2-1）得:Q WC p1 b=60000X 5.495 X 103 (330-310)/3600=1831666.67W式中：W 工艺流体的流量，kg/h ；C p1 ――工艺流体的定压比热容，kJ/疥K ; t 1 ――工艺流体的温差，C ；Q――热流量，W2.4.2平均传热温差根据化工原理4-45 公式（2-2）计算:按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得:【化原 4-31a 】(2-2)t mt 1 t2t 1(2-3)Int2t mt1 t2t1ln420 330 310 295 ‘41.86C ,420 330In310 295第2章工艺计算式中： t m ――逆流的对数平均温差，C ；t i ――热流体进出口温差，c ； t 2 ――冷流体进出口温差，c ； 可按图2-1中（b ）所示进行计算。
《管壳式换热器机械设计》参考资料
1前言 (1)1.1概述 (1)1.1.1换热器的类型 (1)1.1.2换热器 (1)1.2设计的目的与意义 (2)1.3管壳式换热器的发展史 (2)1.4管壳式换热器的国内外概况 (3)1.5壳层强化传热 (3)1.6管层强化传热 (3)1.7提高管壳式换热器传热能力的措施 (4)1.8设计思路、方法 (5)1.8.1换热器管形的设计 (5)1.8.2换热器管径的设计 (5)1.8.3换热管排列方式的设计 (5)1.8.4 管、壳程分程设计 (5)1.8.5折流板的结构设计 (5)1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6)1.9 选材方法 (6)1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)1.9.2 流径的选择 (8)1.9.3流速的选择 (9)1.9.4材质的选择 (9)1.9.5 管程结构 (9)2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11)2.1 管径 (11)2.2管子数n (11)2.3 管子排列方式，管间距的确定 (11)2.4换热器壳体直径的确定 (11)2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11)3换热器封头的选择及校核 (14)4容器法兰的选择 (15)5管板 (16)5.1管板结构尺寸 (16)5.2管板与壳体的连接 (16)5.3管板厚度 (16)6管子拉脱力的计算 (18)7计算是否安装膨胀节 (20)8折流板设计 (22)9开孔补强 (25)10支座 (27)10.1群座的设计 (27)10.2基础环设计 (29)10.3地角圈的设计 (30)符号说明 (32)参考文献 (34)小结 (35)2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×2.5mm 。
小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。
所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm ×2mm 直径的管子更为合理。
化工原理 壳管式换热器选型计算
化工原理 壳管式换热器选型计算假定:压载水的温度为15℃，拟利用船舶的主机缸套冷却水进行热交换（取换热器进口的缸套水温度T1=75℃，出口温度T2=65℃），将压载水加热到25℃或30℃，其中，压载水的流量为800m3/h 。
换热器的热缺失可忽略，不考虑管、壳程阻力压降。
要求确定主机缸套冷却水的流量，并选择一种换热器（常用的，能耐海水腐蚀）。
[取污垢热阻12d 25d R R 9/10m k w ==⨯⋅]选型运算步骤：压载水（海水）密度1ρ=331.02510kg/m ⨯，定压比热容3p1=3.8910J/kg k c ⨯⋅。
淡水密度332/kg 100.1m ⨯=ρ，在10℃～90℃时，其定压比热容几乎没有变化，可取3p2=4.210J/kg k c ⨯⋅。
热源水定性温度T =122T T +=75652+=70℃。
经饱和水的物性表，查得：2λ =0.668w m k ⋅ ，2μ=406.1×610-Pa S ⋅。
已知，压载水体积流量为：1v q =8003m h压载水质量流量为：31111.025800222.23600360010v m kgsqqρ⨯⨯===压载水由初温1t =15℃，利用主机缸套冷却水分不加热到2t =25℃，30℃，由于两种情形下，冷热流体的温差均不大于50℃，故均可选用固定管板式换热器进行运算，具体如下:【1】压载水：1t =15℃→2t =25℃海水的热导率、粘度比纯水稍低，其阻碍因素比较复杂，为简化运算，近似认为纯水。
定性温度1525202t +==℃。
经饱和水的物性表，查得: 1λ=0.599w m k ⋅1μ=1004×610-Pa S ⋅ 物性参数如下表：注：管程流体（压载水）参数下标为1，壳程流体（缸套水）参数下标为2.(1)运算热负荷m1p121q C t t Q =-（）=3222.2 3.89102515⨯⨯⨯-（）=9.333×610-W通过热量衡算，知 m2p212Q q C T T =-（）=639.333104.2107565⨯⨯⨯-（）=222.22 kg/s即，热源体积流量m2v2q q 3600ρ⨯==3222.2236001.010⨯⨯=8003mh(2)平均温差逆流:热源 75℃→65℃ 冷源 25℃←15℃ 温差 50℃ 50℃ 由12t t V V =50502< 12m t t t 2+=V V V 逆=50502+=50 R=1221T T t t --=75652515--=1，P=2111t t T t --=25150.1677515-=-查温度校正系数ψ图，知ψ≈1＞0.8，故采纳单壳程可行。
管壳式换热器
管壳式换热器的类型、标准与结构
2) 管子在管板上的排列
原则：
① 要保证管板有必要的强度，管子和管板的连接要坚固和紧密； ② 设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径，并使管外空间
的流通截面减小，以便提高管外流体的流速； ③ 制造、安装和修理、维护简便。
等边三角形法
同心圆法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
正方形法
管壳式换热器的类型、标准与结构
等边三角形排列：传热性能好，但流动阻力大； 同心圆排列：紧凑，布管均匀，但制造和装配比较困难；
正方形排列：清洗方便，流动阻力小，但传热性能差。
组合排列：用于多管程换热器中，每一程都采用等边三角形排列，而 在各程相邻管排间，为便于安装隔板，则采用正方形排列。 转角排列：（1）流体流动方向与三角形一边平行的转角等边三角形排 列；（2）流体的流动方向与正方形一条对角线垂直的转角正方形排列
管孔数=换热管数+假管数+拉杆数
厚度：按强度理论计算
管板与管子用胀接法连接时，管板的最小厚度(不包括腐蚀裕量) 按下表规定；当用焊接法连接时，最小厚度除满足要求外还要满足 结构和制造的要求。
换热管外径 用于炼油工业及易燃易爆 管板最 有毒介质等严格场合 小厚度 用于无害介质的一般场合
10 14 19 25 32 38 45 57
管板与壳体的不可拆连接
对于U形管式、浮头管式等设备，为使壳程 便于清洗，常将管板夹在壳体法兰和管箱法兰 之间构成可拆连接。
管板与壳体的可拆连接
管壳式换热器的类型、标准与结构
分程隔板
目的：将换热器的管程分为若干流程，提高流速，增大传热系数
原则：（1）每一程管数大致相等；（2）分程隔板的形状简单，
管壳式换热器计算表格
M
2 s
2 Ab Ac1
(2 0.6Ncw)
99 旁路校正系数 Rb
-
查图2.38
100
折流板泄露校 正系数
R1
-
101
折流板间距不 等的校正系数
Rs
-
102 壳程总阻力 ΔP′s
Pa
103
两台的壳程总 阻力
ΔPs
Pa
查图2.37
间距相等，不需校正
P's
[(Nb 1)Pbk Rb NbPwk ]R1
折流板缺口处 管数
根
由图示可知 由 GB 151-1999
由图示可知 由图示可知
57 折流板直径
Db
58
折流板缺口面 积
Awg
错流区内管数 59 占总管数的百 Fc
分数
60
缺口处管子所 占面积
Awt
61
流体在缺口处 流通面积
Ab
流体在两折流 62 板间错流流通 Ac
截面积
壳
63
壳程流通截面 积
As
4 fi
L di
t2 2
(
/ w2 )0.14
Pr
4
t2 2
Zt
PN
1.5 t2 2
Pt Pi Pr PN
阻 力
96
理想管束摩擦 系数
fk
计 算
97
理想管束错流 段阻力
ΔPbk
98
理想管束缺口 处阻力
ΔPwk
-
查图2.36
Pa
Pbk
4 fK
M
2 s
N
c
2 Ac21
(
/
)0.14 w1