换热器设计手册

（4）套管式换热器
外 管
内 管
套管式换热器
◎ 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U 形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。 ◎ 优点：表面传热系数大；逆流流动，平均温差最大；结构简 单；能承受高压。 ◎ 缺点：占地面极大；耗材量大；易泄漏。 ◎应用范围：流量不大，粘度较大，传热面积不多，压强较高
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夹套式换热器
(2) 沉浸式蛇管换热器
◎ 结构：将金属管子绕成各种形状，沉浸在液体中。 ◎ 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 ◎ 缺点：管外流体的湍流程度低，表面传热系数较小。管 内易除垢。 ◎强化传热方法：可安装搅拌器。
蛇管的形状
(3) 喷淋式换热器
直管
水槽
喷淋式冷却器
◎ 结构：将换热管成排地固定于支架上，热流体在管内流动， 冷却水由管上方的喷淋。 ◎ 优点：湍流程度高，传热效果好；冷却水在喷林中气化，携 带热量，降低冷却水温度；便于检修和清洗。 ◎ 缺点：喷淋不易均匀，杂质易进入冷却水。 ◎应用范围：多用于冷却管内的热流体。
单程： 多程：
◆ 多管程：封头内设置分程隔板 单管程→多管程。
◆ 多壳程： 相当于单壳程串联，传热面积↑。
双管程固定管板换热器
传热面积： 流通截面积：
A双A单doLn
S单
4
d2n i
S双
1 2
S单
说明：管程数↑，流通截面积↓，管内流速↑，hi ↑，强化传热。
折流挡板 作用：提高壳程流体湍动程度(Re>100 湍流)，ho，强化传热。
4.7.1 间壁式换热器的类型
(1) 夹套式换热器 ◎ 结构：在容器外壁安装夹 套制成。 ◎ 优点：结构简单。 ◎ 缺点：传热面受容器壁面 限制，传热系数小。
◎应用范围：主要用于反应 过程的加热或冷却。
◎强化传热方法：
釜内安 装搅拌器，
加螺旋隔板，
在釜内安装蛇管。
物料 加热蒸汽
搅拌器 釜
物料
冷凝水
(c) 流动方式的选择
◆对于同样的进、出口条件，传热量相同， A逆<A并； ◆管程 或壳程↑，表面传热系数↑，但同时流动阻力↑，
△tm ↓，应权衡确定。 单管程——逆流
200
多管程
160
100
110
160 60
60
200
100
160 60
a 200
110
100
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(d) 换热管规格和排列的选择
换热管规格：
（5）管壳式换热器 又称为列管式换热器，是最典型的间壁式换热器。
◎ 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，
其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面
即为传热面。
◎ 优点： 单位体积设备所
能提供的传热面 积大，
传热效果好， 结构坚固， 可选用的结构材 料范围宽广， 操作弹性大，
换热管规格越小 单位体积传热面积越大
容易结垢、赌塞，
阻力大，
2 2 5 .5 ， 1 2 9 ， 2 2 5 ， 3 2 8 .5 等 制造、检修不便
管长选取：有利于清洗和选材
1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m
一般情况下 L： 4~6 D
a
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管子在管板上的排列：
正三角形排列
正方形排列
正三角形排列、正方形排列两种
适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。
4.7.2 列管式换热器的设计和选用
（1）列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (a)选择流程:哪一个物流走管程，哪一个物流走壳程
流体有结垢
管程
腐蚀性
管程
一 般
压力高的高低 饱和蒸汽 ，需要冷却的流体
管程 壳程
经 流量小而粘度大的流体
壳程
验 原
4.7 换热器
分类: ① 按用途---加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等。
② 按冷热流体热量交换的原理和方式
直接接触式：冷、热直接混合。 th 蓄热式：
冷流体 热流体
热流体 冷流体
热Φ 流 体
th,
w
Φ
冷 流 tc, 体
w
tc
蓄热式换热器示意图
流体通过间壁的热交换
间壁式：冷、热两流体由固体壁隔开，不直接接触
正方形排列
正三角形排列优点：结管构外紧湍凑流程度高，表面传热系数大
正方角形排列优点： 易于检修、清洗
(e) 折流挡板 可大幅度提高管外表面传热系数
考察折流板的参数：形式、缺口大小、折流板间距
圆缺形折流挡板的缺口大小的选择
a
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圆缺形折流挡板的间距的选择 间距太大，表面传热系数下降， 间距太小，阻力增大，不便制造、检修
壳程不易机械清洗；
适用： * 壳程流体不易结垢或容易化学清洗； * 壳体与传热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。
带膨胀节的固定管板换热器
b）浮头式换热器 一端可以沿轴向自由浮动
特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；
结构复杂、成本高；
适用：应用广泛。
a
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c）U形管式换热器 结构:
特点：具有温度补偿作用； 管程不易清洗。
冲刷沉积物，减小污垢热阻； 对壳体起支撑作用。 代价：壳体阻力↑，系统动力消耗↑。
安装：上下安装，常用； 左右安装，排液不畅时采用。
常用形式：弓形，圆盘形。
弓形
圆盘形
a）固定管板式换热器
固定管板式 浮头式 U形管式
优点：* 结构简单，成本低； 局限：
管、壳温度不同，产生热应力，当Δt＞50℃时，管弯 曲、断裂或管板变形。
Ft 结构校正系数，
25 2.5 Ft 1.4 19 2 Ft 1.5
说明：
pt
N
3 P
② 壳程阻力 对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，计 算结果相差较大。 埃索法：
壳程总p阻 s( 力 po： pip)FsNs
管束 阻 p oF 力 oN fT （ C N ： B 1 ） 2 u o 2
挡板间距：一般取壳体内径的0.2~1.0倍 我国系列标准：
固定管板：100、150、200、300、450、600、700 浮头式：100、150、200、250、300、350、450、600
a
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（2）流体通过换热器时阻力的计算
① 管程阻力
管程总 pt阻 (p力 ipr： )FtNsNp
每程直管阻 pi力 ： dl u22 每程回弯阻 pr力 3： 2u2
表面传热系数大的流体
壳程
则
(b) 流速的选择
◆ 流速↓，表面传热系数↓，污垢热阻↑，流体阻力↓； ◆ 流速↑，表面传热系数↑，污垢热阻↓，流体阻力↑。
管程和壳程都需要选择适宜的流速
一般流体 易结垢液体 气体
管程
0.5~3 >1 5~30
壳程
0.2~1.5 >0.5 3~15
对于液体，一般粘度越大，要求流速越大