换热器选型导则

换热器选型导则

SGCE 0103-2001

1 总则

1.1 目的

为指导本公司工艺设计人员合理地进行换热器的选型，特制定本导则。

1.2 范围

适用于石油化工装置工艺设计中换热器的选型。

2 传热过程名词定义

2.1 无相变过程

在整个传热过程中不发生相变化，只有显热传递。

2.1.1 加热

用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。

2.1.2 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。

2.1.3 换热

用工艺流体加热或冷却另外一工艺流体的过程。

2.2 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。

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.3 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。

2.3.1 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。

2.3.2 有不凝汽的冷凝

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。

3 换热器选型

3.1 换热器的分类和选择

3.1.2 换热器的选择原则

根据工艺条件，采用图3.1.2进行初步的换热器选型。

图3.1.2 换热器型式初选图⑴

注：本图及其它图中的压力均指绝压。

3.2 无相变管壳式换热器的分类和选择

3.2.1 分类

常用的有以下三类：

1）固定管板换热器（管侧可以清洗）；

2）U型管换热器（壳侧可以清洗）；

3）浮头式换热器（管侧、壳侧均可以清洗）。

3.2.2 管壳式换热器中流体位置的选择

1）易结垢的流体在管内，便于清洗，如冷凝器的冷却水一般走管内；

2）流量小的流体在管内，可以采用多管程，以便选择理想流速；

3）腐蚀性强的流体，尽可能在管内；

4）压力高的流体在管内；

5）两流体温差大时，给热系数大的流体在管间，以减小管壁和壳体壁间的温差；

6）与外界温差大的流体在管内；

7）饱和蒸汽的冷凝在壳侧，因为冷凝过程对流速和结垢无要求，且便于冷凝液的排放；

8）粘度大的流体一般在壳侧，因为低Re数时，壳侧的给热系数比管内高；

9）给热系数低的流体在壳侧，可采用低翅片管强化传热。

3.2.3 选择

表3.2.3 无相变换热器的选型

图3.2.3 无相变换热器的选择

⑵

注：①换热器型式见最后附图：管壳式换热器型式。

②表3.2.3中用词从优到劣的排序（表3.3.2、表3.4亦同）：

很好→ 好→ 尚好→ 尚可→ 小心（要用心设计）→ 危险（由于相对缺少实验数据）→ 差（即操作性能差）。

图3.2.3 无相变换热器的选择⑴

3.3 再沸器的分类、特点和选型

表3.3.1 再沸器的型式及特性

表3.3.2 再沸器的选型

图3.3.1 再沸器的选择

图3.3.2 再沸器的选择

图3.3.3 再沸器的选择

⑴

⑵

图3.3.1 再沸器的选择⑴注：* —大热负荷时选用。

图3.3.2 再沸器的选择⑵

图3.3.3 再沸器的选择⑸

3.4 冷凝器的型式、特点和选型

表3.4 冷凝器的型式和特点

图3.4 冷凝器的选择

⑵

图3.4 冷凝器的选择⑴

3.5 高效换热器的特点及选型

3.5.1 高效换热器是指传热效率比普通换热器更高的传热设备，它的特点是由于强化了传热，导致传热面积减少，热强度提高。尤其在低温差，低Re数（高粘度，小流量）时，更具优越性。

主要强化途径：

1）改变流体的传热机理或流态，如增加扰动，减薄层流边界层等手段，以达到提高给热系数较低一侧流体的传热，或同时提高两侧流体的给热系数（均较低时）；

2）通过扩展表面，增加传热表面积（如翅片管，螺纹管等）；

3）采取措施减轻结垢程度。如弹簧在线清洗，壁面加防垢涂层或加大流体对壁面的冲刷，减少死区，防止污垢沉积。

强化措施可以单独采用，也可以复合在一起。应视具体问题灵活掌握。

3.5.2 无相变时的强化

1）管外—采用螺旋槽管、螺纹管、翅片管（包括横翅和纵翅）等；

2）管内—加内插物（湍流促进器）、内波纹管和纵翅管等；

3）管内、外同时强化—用缩放管、螺旋扁管及外螺纹内波纹管等；

4）管间支撑物—如折流杆、螺旋形折流挡板等；

5）改变流道的几何形状—如采用板式换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器等。

3.5.3 沸腾时的强化

1）高热通量管—沸腾表面采用喷涂多孔表面，特别适用于低温差沸腾传热；

2）T型翅片管—用机加工方法改变沸腾表面状态，以增加汽化核心和传热面积等。

3.5.4 冷凝时的强化

1）改变冷凝表面的物理性质—通过加滴状冷凝促进剂，冷凝表面镀贵金属（金、银等）和涂高分子材料，冷凝液在表面张力的作用下使冷凝过程呈滴状冷凝；

2）低翅片管（或螺纹管等）—达到增加传热面积和改变冷凝液的分布，从而强化冷凝传热。

参考资料

1）HTFS Design Report No.18:Selection of Heat Exchanger Equipment

2）HTRI Design Manual Volume 2

3）化工单元操作设计手册第四章换热器设计

4）化工单元操作设计资料第三章传热

5）Hydrocarbon Processing, 1992.10