管壳式换热器换热管根数的估算

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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。

换热器重量估算

换热器工程直径1100mm管板数据换热管数据筒体数据管板外径1000mm换热管外径25mm筒体内径800管板厚度50mm换热管个数458mm筒体厚度12管程侧凸台厚度5mm换热管厚度 2.5mm筒体长度5000壳程侧凸台厚度3mm换热管长度5000mm管板个数2管板材质密度7850kg/m3换热管材质密度7850kg/m3筒体材质密度7850管板重量230.3852kg换热管重量3176.717kg筒体重量1201.511单根换热管重量6.936064kg折流板数据管程分程隔板壳程分程隔折流板面积759257mm2分程隔板面积759257mm分程隔板长折流板厚度8mm分程隔板厚度10mm分程隔板厚折流板数量8折流板材质密度7850kg/m3隔板材质密度7850kg/m3隔板材质密7850折流板上圆孔数量797.5折流板重量184.7748kg 管程分程隔板质量59.60167kg壳程分程隔板质量单个折流板重量23.09685kg标准件质量输入支座前端管箱封头后端管箱封单个鞍座或耳座质200kg封头质量60kg封头质量60支座数量2封头容积m3封头容积支座总质量400kg其他附件其他附件质量kg换热器估算质量6291.738kg管程容积 1.322614m3壳程容积 1.389176管程设计压力3MPa壳程设计压0.3管程PV值3967.841MPa*L壳程PV值416.7529前端管箱筒后端管箱筒mm筒体内径800mm筒体内径800mm mm筒体厚度12mm筒体厚度12mm mm筒体长度600mm筒体长度600mmkg/m3筒体材质密度7850kg/m3筒体材质密度7850kg/m3kg筒体重量144.1813kg筒体重量144.1813kg mmmmkg/m3kg管箱法兰kg设备法兰质200kgm3m3MPaMPa*L。

管壳式换热器的设计及计算

第一章换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，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。

70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备[1]。

这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。

所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。

同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。

当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[3]。

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。

总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。

管壳式热交换器-设计3讲解

式中：
AS′——为壳程流通截面积，m2； Ms——壳程流体的质量流量，Kg/s；
ρs——壳程流体的密度，Kg/m3
ws——壳程流体的流速，m/s；
9
纵向隔板长度确定的基本原则：流体在纵向隔板转弯时的流速
各流程中顺管束流动时速度。
壳程流通截面积流程数
As

4Z s
Ds 2 nt d0 2
二、壳体直径的确定
内径方法
作图（可靠，准确）
估算 Ds b 1s 2b
7
式中：
b′——管束中心线上最外层管中心至壳体内壁距离， b′＝（1～1.5）d0(d0为管外径)。
b ——沿六边形对角线上的管数。
估算当管子按照等边三角形排列时，b 1.1 n t ；
当管子接正方形排列时 b 1.19 nt
As Ab Ac
As——为保证流速所需要的流通截面积
Ab——流体在缺口处的流通截面积
AC—两折流板间错流的流通截面积
15
（3）盘环形折流板
环板圆孔处的流通面积a1
盘板的流通面积a2
a1 a2 a3
环板的流通面积a3
a2
Dmh1
d0 sn

As a2a3
a3——盘周至圆筒内壁截面减去该处管子所占面积
一般情况下，管子的计算直径取换热系数小的那一侧的，只有在两侧的换热系数相近时才取平均直径作为计算直径。
4
换热管长度取值：换热管的长度与壳体直径的比值在4－25之间；一般为6－10，对于立式热交换器而言比值为4－6。若算得的管长过长，则应该做成多程的热交换器。
管程数Zt为： Zt L / l
正方形斜转或直列排列时

换热器管计算

布管（1）换热管的排列方式为转角正方形排列，如下图所示（2）换热管中心距所选换热管d=25mm ，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，查国标得换热管中心距S=32mm(3)布管限定圆布管限定圆直径D L=D i-2b3b3=0.25d=0.25×25=6.25mm(一般情况下不小于8mm)∴取b3=8.5D L=D i-2b3=500－2×8.5＝483mm具体布管图如附图U型管换热器的设计与校核1由工艺设计给定壳体公称直径为500mm，壳程的最高工作压力为1.2MPa，管程最高工作压力为1.5MPa，壳程液体进口温度为70℃，出口温度为110℃；管程液体进口温度180℃，出口温度125℃；管长为6000mm，4管程单壳程的换热器。

原油的黏度大,因此壳程走原油，管程走被冷却的柴油。

2筒体壁厚设计由工艺设计给定设计温度为150℃，选用低合金钢Q345R。

查GB 150一2011可知：150℃时Q345R的许用应力[]150δ=189MPa，厚度暂取3～16mm，焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数φ=0.85,钢板的厚度负偏差按GB/T 709一2006 查3B类钢板得钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm,设计压力为最大工作压力的1.05~1.1倍,由工艺设计给定壳程的最高工作压力为1.2MPa(绝);表压=绝压—当地大气压=1.2Mpa－101.3kpa=1.1Mpa∴P c=(1.05~1.1)×1.1=1.2Mpa计算壁厚t＝﹙P c D i／2[δ]tφ﹣P c﹚＋C1＋C2＝5.175mm由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力、支座反力和自重等载荷的作用，因此壳体壁厚应比计算值大，对碳素钢和低合金钢应满足GB 151一1999的最小厚度要求，查得U型管式换热器的壁厚应不小于8mm，圆整后取钢板名义厚度t n=8mm。

管壳式换热器的设计和选用的计算步骤

管壳式换热器的设计和选用的计算步骤设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。

由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。

根据传热速率基本方程：当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。

可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。

初选换热器的规格尺寸初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。

计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。

计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。

或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。

这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。

核算总传热系数分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。

如果相差较多，应重新估算。

计算传热面积并求裕度根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。

即裕度为20%左右，裕度的计算式为：某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下：表4-18设计条件数据试设计选择适宜的管壳式换热器。

解：a. 传热量Q以原料液为基准亦计入5%的热损失，按以下步骤求得传热量Q。

平均温度℃以上表中混合物的各物性分别由下式求得：混合物：Cp混合物热导率：W/(m℃)混合物密度：kg/m3混合物比热容：kJ/(kg℃)式中为组成为i的摩尔分率，为组分i的质量分率。

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。

管壳式换热器选型计算

p0 (p1' p2' )Fs Ns
p1' 流体横过管束的压强降，Pa； p2' 流体通过折流板缺口的压强降，Pa； Fs 壳程压强降的结垢校正系数，液体可取1.15，气体可取1.0 Ns 串联的壳程数。
p1'
Ff0nc (NB
1)
u02
2Байду номын сангаас
p2'
NB (3.5
2h ) D
u02
2
F 管子排列方法对压强降的校正因素，正三角为0.5,转角正方形为0.4，正方形为0.3；
常用的流速范围
流体种类
一般流体易结垢流体
气体
流速管程壳程 0.5~3 0.2~1.5
>1
>0.5
5~30 3~15
不同粘度液体的流速
液体粘度 >1500 1500~500 500~100 100~35
35~1 <1
最大流速 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4
流体两端温度的确定
管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。
结构分类
• 固定管板式汽-水换热器 • 浮头式汽-水换热器 • U形管壳式汽-水换热器 • 填料函式换热器汽-水换热器
• 管箱（封头） • 壳体 • 内部结构（包括管束等） • 折流板（挡板） • 管板
接管壳体
折流挡板
封头（端盖、管箱）
选定总传热系数K值。 ⑥ 由传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器
的基本尺寸。
2、计算管程、壳程压强降
根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压强降。验算结果是否满足工艺要求。若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压强降直至满足要求。

换热器工艺计算

2．换热器传热工艺计算2.1原始数据管程水的进口温度t ‘1=20℃ 管程水的出口温度t ”1=70℃ 管程水的工作压力P 1=2.0MPa 管程水的流量G 1=230000h Kg / 壳程油的入口温度t ‘2=180℃ 壳程油的出口温度t ”2=90℃ 壳程油的工作压力P 2=1.7MPa2.2定性温度及确定其物性参数① 管程：管程水定性温度 t 1=2"1'1）（t t +=27020）（+=45℃管程水密度查物性表得1ρ=990.153/g m K 管程水比热查物性表得1p C =4.174)/(C Kg KJ ︒⋅ 管程水导热系数查物性表得1λ=0.6408)/(w C m ︒⋅管程水粘度1μ=6.0274-10⨯s Pa ⋅ 管程水普朗特数查物性表得Pr 1=3.93 ②壳程：壳程油定性温度：2)(t "2'22t t +==290180+=135℃壳程油密度查物性表得：2ρ=738.43/g m K 壳程油比热查物性表得：2p C =2.56)/(C Kg KJ ︒⋅ 壳程油导热系数查物性表得：2λ=0.9878)/(w C m ︒⋅ 壳程油粘度：2μ= 442.46-10⨯s Pa ⋅ 壳程油普朗特数查物性表得：2Pr =11.0682.3传热量与水蒸汽流量计算取定换热效率η=0.98 则设计传热量:0Q =3600/1000)t ('1"111⨯-⨯⨯t C G P=230000×4.174×（70-20）×1000/3600 =1.3334×107W由η⋅-+=)](r ["2'2220t t C G Q p 导出油流量G 2，r 为油的汽化潜热r=0g /K KJ 水蒸汽流量: [][]sK t t CpQ G /g 59.0609-180102.5698.0101.3334)(r 37"2'222=⨯⨯⨯⨯=⋅-⋅+=）（η冷却段传热量：13607424)09180(102.5659.06)(3"2'2222=-⨯⨯⨯=-⋅⋅=t t C G Q p W2.4有效平均温差计算逆流平均温差:)ln()()('1"2"1'2'1"2"1'2t t t t t t t t t n-----=∆=)209070801(ln 20-09-70-180--）（）（=88.50℃ 参数:P='t 1"2'1"1t t t --=208012070--=0.125参数:R=3"1"2t t t t i --=207090801--=1.8换热器按单壳程4管程设计按《管壳式换热器原理与设计》查图2-6(a)，得: 温差校正系数φ=0.98有效平均温差:n m t ∆=∆φt =0.98×88.50=86.73℃2.5管程换热系数计算参考《管壳式换热器原理与设计》表2-7：初选传热系数:0K = 900）（k m ⋅/w则初选传热面积为:0F =mK Q t 02∆⋅⋅η=282.17073.8690033340001m=⨯选用5.225⨯φ的无缝钢管做换热管则: 管子外径0d =25mm 管子内径i d =20mm 管子长度L=4500㎜则需要换热管根数:t N =Ld F 00π=58.4834.525.004.1382.170=⨯⨯根可取换热管根数为486根管程流通面积:1a ==⋅⋅422i t d N π42.004.1324862⋅⋅=0.076302㎡管程流速: 1w =1113600a G ρ=.076302015.9903600230000⨯⨯=0.845646m/s管程雷诺数: 1e R =111/μρi d w =990.15×0.845646×0.02/）（610027.6-⨯=27785.5 管程水的定性温度: C ︒=45t 11 则壳程传热数:1α=2.08.0111)100()015.01(3605i d w t +=2.08.0)02.0100(0.84546)45015.01(3605⨯⨯⨯+=4596.8972.6结构的初步设计查GB151-1999知管间距按1.250d 取管间距:s=0.032m管束中心排管数:C N =1.1t N =486.11⨯=24.24995根，取26根则壳体内径:i D =0d 4)1(+-C N s =25.0041-2632.00⨯+⨯）（=0.9m 圆整为: i D =1000㎜则长径比:iD L =14.5= 4.5合理折流板选择单弓形折流板:弓形折流板的弓高:i D 2.0h ==.2m 01.20=⨯ 折流板间距:3i D B ==m333.031=取B =300㎜折流板数量:1-=BL N b =2113.05.4=-块取12块2.7壳程换热系数计算壳程流通面积:=-=)1(f 02sd BD i 2.065625m032.0025.00-11.30=⨯⨯）（壳程流速:==2222f G w ρsm /22.1.06562504.73859.06=⨯壳程当量直径:=-=22dN d N D d t t i e m .0573050025.0486025.0486122=⨯⨯-管外壁温假定值:C t w ︒=1002 壳程雷诺数:116573104.4442057305.022.14.738Re 62222=⋅⋅⋅==-μρed w壁温下水粘度:s Pa ⋅⨯=-62w 10620μ 粘度修正系数:0.954)10620104.442()(14.06614.0221=⨯⨯==Φ--w μμ壳程传热因子查图2-12得: 135=s j 壳程换热系数:707.4946135549.0)068.11(057305.09878.0Pr d 31131222=⨯⨯⨯=Φ=s ej λα2.8传热系数计算查GB151-1999第138页可知油的侧污垢热阻:2r =)/m (1017.625w C ο⋅⨯-管程水选用地下水，污垢热阻为:1r =)/m (105.2325w C ο⋅⨯- 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计总传热系数:iijd d d d r r K010122111⋅+++=αα3662.91720.0025.004596.897120.0025.00102.531017.64946.7071155=⨯+⨯⨯+⨯+=--传热面积比为:=0/K K j .0191900917.3662= （合理）2.9管壁温度计算管外壁热流密度计算:==)/(q 022L d N Q t πη)/( w 77667.985.4025.04.1348698.0133340002C m ο⋅=⨯⨯⨯⨯管外壁温度:=+-=)/1(2222r q t t w α63.105)1017.64946.7071(98.776671355=⨯+⨯--℃误差校核:63.563.1051002-=-=-=w w t t e℃ 误差不大2.10管程压力降计算管程水的流速:1=u 1113600a G ρ=.076302015.9903600230000⨯⨯=0.846m/s管程雷诺准数:==1111/Re μρi d w 990.15×0.846×0.02/）（510207.6-⨯=27785.5 管程摩擦系数:25.01Re3164.0=ξ=0.24527785.5164.305.20=压降结垢校正系数:=di φ 1.4 沿程压降:==∆idid L u P 22111φξρa 78.273222.002.414.50.846990.15.24502P =⨯⨯⨯⨯⨯管程数:=t n 2 管程回弯次数: n=1 回弯压降:==∆2u 2112nn P t ρPa 07.7082120.84615.9902=⨯⨯⨯取管程出入口接管内径:='1d 250mm 管程出入口流速:==12'1'136002ρπdG u m/s6576.015.99025.04.13360023000022=⨯⨯⨯⨯局部压降:=+=∆2)5.01(2'113u P ρPa 34.32125.16576.015.9902=⨯⨯管程总压降:=∆+∆+∆=∆321P P P P 27322.78+ 708.07+134.321=28351。

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

卧式换热器、冷凝器和再沸器，当壳程是气、液相共存或液体中带有固体的物料时，宜用垂直切口。
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；

换热器的选型计算[修改版]

第一篇：换热器的选型计算换热器选型计算由列管式换热器的选用原则得：物流走管程，冷却水走壳程。

为选择适当的换热器，首先对换热器HX3进行相关计算。

⑴计算热负荷相关物性参数如下表所示：表3-18 相关物性数据物质状态质量流量qm（kg/s）动力粘度u（Pa s）比热容Cp (J/kg K) 密度(kg/cm3)热流体（管程）气体57冷流体（壳程）液体748.472.4610 5 4.83103775.40.4006103 4.187103977.759 热负荷：Q qm1Cp1T1T257 4.83103450300 4.1297107W ⑵平均温度差逆流：t145071.9124378.08764t2299.2822527 4.2824t1387.0876t t22，tm逆=1326.185℃t2274.28242R T1T2450299.2824t t71.912425 3.2，P210.11 t1t271.912425T1t1450 25查温度校正系数图=1，所以可行。

因此得tm tm逆=326.185℃⑶估算传热面积2参考列管式换热器中K值表，选总传热系数K估=400W/m K，因此Q4.12977102316.m5A估=K估tm400326.185⑷试选型号为减少损失和成本，采用混合气体走管程，液体（水）走壳程，传热管选用25mm 2.5mm的无缝钢管，此管内径为di20mm，外径为d025mm，管壁厚度为2.5 mm，选择内流速u=0.7m/s。

估算单程管子根数为：n1qm157240(根)32 1.0834100.7850.020.74d12u1根据传热面积A估估算管子长度：L A估d2n42218m3.140.025240所以应采用4管程，则每个管程的管长选用l=6000 mm。

按换热器系列标准，初选的换热器为浮头式换热器，型号为：BJS1200 2.566104Ⅱ1.025980245根。

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。

管壳式换热器热力计算(最全版)PTT文档

所选用的换热器的换热面积应留有15~25%的裕度。
传热系数和导热系数的区别
1.传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，℃），1小时内通过1 平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米·度（W/㎡·K，对于低粘度流体(μi<2μa， μa为常温下水的粘度)，可用
(1)算术平均温度差
Δtm1= (Δt1+ Δt2)/2 (2)对数平均温度差
Δtm2= (Δt2- Δt1)/ln (Δt2 / Δt1) 式中 Δtm2——较大的温度差；
Δtm1——较小的温度差。当Δtm1/ Δtm2<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。
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=ηcQ1 热损失系数ηc通常取；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。
总传热系数K
1/K=1/αo+1/αi(Ao/ Ai)+ro+ ri( Ao/ Ai)+ δAo/ λw Am 式中 αo——管外流体传热膜系数，W/(m2 · ℃)；
雷诺数Re
Re=ρvd/μ ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏度，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。

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。

管壳式热交换器计算表格

度
ls
m
Nb
块
个
dH
m
根
根
Db
m
Awg
m2
Fc
Awt
m2
Ab
m2
Ac
m2
As
m2
D1
mm
Nc
排
Ncw
排
NE
Nss
对
Fbp
Atb
m2
Asb
m2
Re1
jH
jc
j1
jb
jo
Gs
kg/(m2·s)
tw
℃
78 壁温下煤油黏度
79 壳侧换热系数
需 80 水垢热阻要 81 煤油污垢热阻的 82 管壁热阻传 83 传热系数热 84 传热面积面 85 传热面积之比积 86 检验壳侧壁温
t w1=t m1-K(1/αo+rs,1)Δt m
0.00108 248
0.00034 0.00017
略 114 72 1.8752 32.70
较大相差0.4℃
mm
mm
a
nt
根
根
m2
热面结构 39
二台传热面积管束中心至最外层管中心距离 40 管束外缘直径
41 壳体内径
42 长径比
管 43 管程接管直径程计 44 管程雷诺数算 45 管程换热系数
46 折流板形式 47 折流板缺口高度 48 折流板的圆心角 49 折流板间距 50 折流板数目 51 折流板上管孔数 52 折流板上管孔直径 53 通过折流板上管子数 54 折流板缺口处管数 55 折流板直径 56 折流板缺口面积
项目
1 煤油进口温度

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。

管壳式换热器换热管根数的估算

管壳式换热器换热管根数的估算王　玉　常　阳　支　歆沈阳仪器仪表工艺研究所　沈阳市　110043贾书鹏大连冷冻机股份有限公司　辽宁省大连市　116033 【摘要】根据行业标准JB/T4715-92,JB/T4716-92有关内容绘出公式n=(D/ad)2中系数a的变化曲线,从曲线分析结果中得出一些有价值的结论。

关键词:管壳式换热器　壳径　管径　程数　管数　系数aThe Estimate of H eat Exchange Tubes Numberin the Tubular H eat ExchangerW ang Yu　Chang Yang　Zhi XinShenyang Institute of Instrumentation Technology,Shenyang110043 Abstract:According to the JB/T4715-92.JB4716-92,the curves of coefficient a in the formula n=(D/ad)2are given,some worthy conclusions are drawn by analyzing the curves.K ey Words:Tubular Heat Exchanger,Diameter of Shell,Diameter of Tube,Number of Passes,Number of Tubes,Coeffi2 cient a.1　引　言布管是管壳式换热器设计重要内容之一。

通常,在壳径、管径、程数、排列方式确定后,即可按G B151相关内容,手工或计算机自动布管(如化工设备CAD 软件包(V2.0)LBJ38),给出准确管数。

但有时尚未进行到正式设计阶段,无法知道准确管数,能否在已知部分参数的情况下,估算出管数是很有必要的。

文献〔1〕介绍一种估算方法:n=(D/ad)2式中　n———换热管根数;D———管壳式换热器壳内径,mm;d———换热管外径,mm;a———系数,取1.5～1.7。

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