有效设计管壳式换热器0终稿

管壳式换热器的有效设计STHEs表示管程壳程式换热器的热能计算。

为了充分利用交换器设计软件，人们需要了解STHE分类，比如换热器组件，管程布局，挡板位置，压降，以及平均气温差异。

壳管式换热器的热设计（STHEs）是由精密的电脑软件设计的。

然而，为了有效使用该软件，需要很好地了解对换热器设计的基本原则。

这篇文章解释了换热量设计基础，包含的如此主题例如：STHE 成份；依照工程和依照服务STHEs 的分类；对热设计需要的数据；管程设计；壳程设计，包括换热管的排布和壳程边压力下降和不同的平均温度。

一个著名的基本方程用于换热器管程壳程的热传导和压力降，这里我们着眼于这些对换热器优化设计的相关应用。

在后续的前沿课题中，如换热器壳程，使用多壳程，重复设计以及浪费，是将在下一期提及。

STHEs的组件设计师有一个良好的STHEs的机械特性的知识，以及它们如何影响了散热设计，这是必不可少的。

STHE的主要组成部分是：•壳程;•封头;•管程;•管箱;•管箱盖;隔板;•喷嘴其他内容包括：拉杆和间隔，分区板，冲击板，纵向挡板，密封条，支持和基础部件。

该管程换热器制造商协会（和互助）标准（1）详细描述了这些不同的组成部分。

一个STHE分为三个部分：前端封头，壳体和后端封头。

图1说明了对各项建设的可能性和互助的名称。

热交换器是描述三个部分- 例如字母代码，后焦距有交换网覆盖，双通的纵向挡板外壳程，和固定管程板。

基于建设的分类固定管板。

固定管板式换热器（图2），包含了两端固定在壳程体焊接管程板直管程。

建造有可移动的渠道覆盖，管程内型通道覆盖（如边界），或（如尼日利亚）的综合管程板。

固定管程板建筑的主要优势是因为它结构简单，成本低。

事实上，固定管程板是最便宜的建筑类型，只要没有伸缩缝的要求。

其他的好处是可以管程清洗后的渠道盖或发动机罩，因为没有法兰接头，也可以清除机械和减少器壳程液体泄漏。

这种设计的缺点是，由于捆绑固定在外壳程上，不能移除，所以管程子在外边不能清洗机械。

因此，它的适用范围仅限于干净的壳程侧的服务。

但是，如果一个满意的化学清洗程序可以执行，那么固定管程板的结构可能会选择防污器壳程上的服务。

在管程壳程和温差大的情况下，管程板将无法吸收差应力，从而需要一个伸缩缝。

在很大程度上，这带走了低成本的优势。

图2 固定管板式换热器图3 U型管式换热器U型管程。

顾名思义，一个U型管程式换热器（图3）是在变形时，一个管程板的形状为U型。

然而，较低成本的单管程板通过弯曲管程道和罐体直径稍大（弯曲半径偏移），使成本高的U型管程换热器可以同固定管程板换热相媲美。

U型管程换热器的优势，是因为一端是空置的，捆绑可以扩大或合同要强调的差异。

此外，因为管程束可以去掉所以管程子在外边可以清洗。

U型管程换热器的缺点是，施工的管程道内侧，不能有效地清洗，因为U型弯道，需要灵活的高端清洁钻轴。

因此，U型管程换热器不应使用不洁净的流体。

浮头。

浮动头换热器，是STHE最通用的类型，也是最昂贵的一只种。

在设计中，管程板是相对固定的外壳程，另一个是自由“内浮动的外壳程”。

这允许自由膨胀的管程束，以及便于双方的内侧和外边的管程道清洗。

因此，浮动头SHTEs可用于肮脏流体器壳程和tubeside，诸如石油精炼的时候。

这里有浮动头的各类结构。

两个最常见的是通过与支持设备（互助S）和渡过（互助T）的设计。

互助S设计（图4）是在化学过程工业（CPI）的最常见的配置。

浮动头盖浮动保证管程板的螺栓连接到一个巧妙的分裂支持环。

这个浮动头位于超出壳程第并由壳程体中直径较大包含的地方。

为了拆除换热器，首先壳程盖被裁掉，然后分裂支持环，然后浮动盖头，之后管程束后管程束可以从固定的位置消除。

在互助结构中（图5），整个管程束，包括浮动头组装，可以从固定的位置消除，因为壳程的直径大于浮动头法兰。

由于浮动头盖螺栓直接与浮动管程板连接，因此分裂荷兰环是不必要的。

这个建筑的优点是管程束可能会被裁处而从壳程不删除任何船壳程或浮动盖头，从而减少了维护时间。

这种设计特别适合于有一个肮脏的再沸器加热介质。

在这个结构中U型管程不能使用。

由于扩大外壳程，这方面的结构是所有类型的交换器成本最高的一种。

有两种包装的浮动头结构- 外部包装填料盒（P）和外部包装套环（w）类型（见图1）。

然而，因为它们容易渗漏，其使用仅限于器壳程流体是非有害物质，无毒，具有温和的压力和温度（40 kg/cm2和300℃）。

基于服务分类基本上，一个服务可以是单相（如冷却或加热液体或气体）或两相（如冷凝或蒸发）。

由于双方有一个STHE，这可能导致服务的几种组合。

从广义上讲，服务可以分为以下几类单相（包括器壳程和管程端）;•冷凝（一方冷凝和其他单相）;•蒸发（汽化一方和对方单相）;和•冷凝/蒸发（冷凝一方，另一方蒸发）。

下列术语通常用于：换热器：双方单相和过程流（即不是一种实用工具）。

散热器：流的过程和其他液体冷却水或空气。

电热水器：流的过程流体和其他公用事业的热点，如蒸汽或热油。

冷凝器：冷凝水蒸气和其他冷却水或空气冷却器：气流的过程被浓缩在负压的温度，另一个是制冷剂或煮沸过程流。

再沸器：气流从一个蒸馏塔底部流，另一个是热公用事业（蒸汽或热油）或过程流。

本文将具体侧重单相应用。

设计数据在讨论实际的散热器设计之前，我们必须提供流程许可才可以开始数据设计研究。

1．两个流的流速。

2。

入口和出口温度均流。

3。

工作压力流。

这是所必需的气体，尤其是当没有提供气体密度时；并非真正液体必需的，因为它们的属性不随压力变化。

4。

两个流允许的压降。

这是设计换热器非常重要的参数。

一般而言，液体，外壳程有0.5-0.7 kg/cm2允许值。

粘稠液体由较高的压降，特别是在管程端。

对于气体，是典型的允许的值是0.05-0.2 kg/cm2一般为0.1 kg/cm2。

5。

污染阻力流。

如果这不是家具，设计者应采取互助标准规定值或根据过去的经验。

6。

两流物理性质。

这些物理性质包括粘度，导热系数，密度，比热以及最好在这两个入口和出口的温度，。

粘度数据必须提供入口和出口的温度，特别是液体，因为随温度变化可能是巨大的，是不规则的（不是直线，也不对数）。

7。

热负荷。

规定器壳程和管程端的双方职责应当一致。

8。

换热器的种类。

如果没有提供，设计人员可以根据前面所述不同类型的特点，选择这个结构。

事实上，设计师通常比一个工艺工程师更好地做到这一点。

9。

行的大小。

这是可取配合喷嘴口径大小，以避免扩展或减速。

然而，通常的行，特别是对进口器壳程，喷嘴尺寸的标准更为严格，因此，喷嘴大小有时必须（或在特殊情况下）比相应的行规模较大，特别是对小线。

10。

首选管程大小。

管程大小被指定为O.D.厚度长度。

有些工厂业主的首选O.D.厚度（通常基于库存因素），并可用绘图决定管程的最大长度。

许多车主基于库存的考虑喜欢将所有三个方面的标准化。

11。

最大壳程的直径。

这是基于管程束约束要求，由起重机的能力限制。

这种限制仅适用于移动管程束，即U型管程和浮动头换热器。

固定管程板换热器，唯一的限制是制造商的制造能力和利用的组件的能力，如抛出两端法兰。

因此，浮动头换热器往往局限于外壳程编号在1.4-1.5米，6米或9米，而管程长度固定管程板换热器可以有壳程大如3米管程长度可达12米以上。

12。

材料建造。

如果管程和外壳程是相同的材料制成，所有元件应该是这种材料。

因此，只有壳程管程材料的结构需要作出具体规定。

但是，如果壳程管程不同冶金组成，所有主要组成部分的材料应当明确说明，避免模棱两可。

主要成分是外壳程（和外壳程覆盖），管程，渠道（和渠道覆盖），管程板和挡板。

管程板可以衬里或穿套。

13。

特殊的考虑。

其中包括循环，环境破坏，经营情况的选择，以及是否有连续或间歇性操作。

管程端设计管程端的计算方法非常简单，因为管程侧流是通过循环管程道的流量。

传热系数和压降都随管程端速度，后者更强烈的。

一个好的设计将充分利用允许的最佳下降压力，因为这将产生最高的传热系数。

如果所有的管程侧流体是通过所有的试管程气体，会导致一定的速度。

通常，不可接受的速度很低，因此必须增加。

通过隔板（适当的密封）的渠道，流体流经的管程道总人数的一小部分。

因此，在有200管程道和两个传递，流体流动换热器通过100管程在某一时间，速度将超过它会如果只有一个通过。

管程证的数量通常是一，二，四，六，八，等等。

传热系数管程侧换热系数是雷诺数功能，普朗特数和管程直径。

这些可以分为以下基本参数：物理性质（即粘度，导热系数和比热），管程直径，而更重要的是质量流速。

在液体粘度的变化是相当巨大的，因此，这种物理属性的热最引人注目的影响系数。

埃杰维特传热管程内为图尔的基本方程是：Nu = 0.027 (Re)0.8 (Pr)0.33 (1a)or(hD/k) =0.027 (DG/μ)0.8 (cμ/k)0.33 (1b) Rearranging:h = 0.027(DG/ )0.8(c /k)0.33(k/D) (1c)粘度影响的两个对立的方式传热系数- 作为雷诺数参数，并作为普朗特数的参数。

因此，从方程。

集成电路：h ( )0.33–0.8(2a)h ( )–0.47(2b)换句话说，在传热系数成反比粘度的0.47次方。

同样，传热系数是成正比的热电导率为0.67次方。

这两个事实，导致对传热泛泛有趣。

高导热促进高传热系数。

因此，冷却水（导热系数约0.55大卡/小时•米•° C）有极高的传热系数通常是6000大卡/小时•平方米•℃，随后由碳氢化合物液体（0.12之间0.08and大卡/小时•米•°的热传导c）在250-1,300大卡/小时•平方米•° C，然后烃类气体（0.02和0.03之间的热传导大卡/小时•米•℃）在50-500大卡/小时•平方米•° C的。

氢是一个不寻常的天然气，因为它具有极高的导热系数（大于液体烃类）。

因此，其传热系数是朝着为碳氢化合物液体幅度的上限。

一系列的热量转移的碳氢化合物液体系数是相当大的是由于其粘度大的变化从不到0.1乙烯和丙烯指，超过1000 cp或沥青以上。

烃类气体系数是因为在工作压力大的变化。

由于经营的压力降成正比大规模速度的平方和密度成反比。

目前，突出了同样的压力下降，较高的质量流速，可以主要不引起当密度较高。

这种较高的传热系数。

压力降质量流速强烈影响传热系数。

对于湍流流动，管程侧换热系数的变化是管程端质量流速0.8倍，而管程侧压降是不同质量流速的平方。

因此，大规模的增加速度，压降上升的速度比传热系数更有效。

因此，将有最佳的质量流速，这里将进一步浪费大量增的加速度。

此外，这将导致非常高的速度侵蚀。

然而，压力降的限制，通常早在成为控制侵蚀速度之前实现。