换热器设计指南汇总

换热器设计指南

1 总则

1.1 目的

为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。

1.2 范围

1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。

1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。

1.3 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号（版次）的引用文件，其最新版本适用于本规定。

GB150-1999 钢制压力容器

GB151-1999 管壳式换热器

HTRI设计手册

Shell & tube heat exchangers——JGC

石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社（2002）

换热器设计手册——中国石化出版社（2004）

换热器设计手册——化学工业出版社（2002）

Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ——SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997)

Shell and Tube Exchanger Design and Selection——CHEVRON COP. (1989) HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994)

Shell and Tube Heat Exchangers——TOTAL（2002）

管壳式换热器工程规定——SEI（2005）

2 设计基础

2.1 传热过程名词定义

2.1.1 无相变过程

加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。

冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。

换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。

2.1.2 沸腾过程

在传热过程中存在着相的变化—液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。

池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。

流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。

2.1.3 冷凝过程

部分或全部流体被冷凝为液相, 热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。

纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。

有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。

2.2 换热器的术语及分类

2.2.1 术语及定义

换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器；位号：设计人员对某一换热器单元的识别号；

有效表面：进行热交换的管子外表面积；

管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分；

壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分；

管程数：介质沿换热管长度方向往、返的次数；

壳程数：介质在壳程内沿壳体轴向往、返的次数；

公称长度：以换热管的长度作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度，换热管为U形管时取U形管直管段的长度；

计算换热面积：以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积，对于U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积；公称换热面积：经圆整后的计算换热面积；

2.2.2 换热器分类

根据不同的分类方法定义换热器类型如表2-1所示。

表2-1 换热器类型

2.3 换热器的选择原则

根据工艺条件，采用图2-1进行初步的换热器选型。

图2-1换热器型式初选图

注：本图及其它图中的压力均指绝压

2.4 工艺设计程序

2.4.1 设计输入

●工艺条件

管壳式换热器设计所需数据，如流量、温度、压力等，需要从如下文件获得：——PFD，包括质量、热量平衡；基本的工程设计参数；

——PID及总图；设备数据表；

——选材及管材。

●输入数据

操作参数：项目号、设备位号、流量、操作条件、物性，样表如附件1所示。●结构参数

安装形式（卧式、立式、倾斜）、设计压力、设计温度、材质、腐蚀余量、TEMA

等级、适用标准、管口等级及密封面、操作工况。

●设计要求

允许压降、允许流速（若有规定）。

2.4.2 设计输出

●物热平衡、计算假设、程序计算结果，如下参数要填入表中：

基于管外表面的管侧传热膜系数、垂直方向确定布管型式。

●列管式换热器数据表

除上述参数外，还有：物性（水除外）、混合物ρV2（采用均相密度）、管嘴尺寸、流体流向、折流板数量、折流板类型、折流板中心间距。

2.4.3 设计步骤

●准备数据并输入如2.4.1说明的数据；

●选择TEMA等级并对换热器选型；

●通过程序校核计算；

●判定计算结果，如传热系数、压降等，根据参数确定换热器设备结构；

通过调整单程管数来获得合适的压力梯度，若要增大换热面积，可增大管长、增加并联台数（只有单台换热器很大，且压降难以克服才使用）或增加管程数，但典型管程数为双管程，增大管程数会提高压降；壳侧压力梯度要调节折流板间距，要增大换热面积，需增大管长或增加串联台数。当壳侧压降较大，则将壳体形式从E型变为J或X型。当压降要求严格时可考虑采用壳侧并联/串联混合配置、管侧采用多管程形式，但此时温效降低，最低F-因子不低于0.85。

●填写数据表。

2.4.4 计算过程

下表列出设计管壳式换热器计算机程序，HTRI是常用软件、当客户和使用者要求时，才使用HTFS。

表2-2 常用计算软件