换热器的选型和设计

换热器的选型和设计指南

一、概述

1.选型原则

2.工艺参数的选取

3.计算方法

4.结构设计

二、分类及结构特点

1.按照换热器作用原理分类

1.1间壁式换热器（冷热流体不允许混合的场合各种管式和板式换热）1.2直接接触式换热器（凉水塔、洗涤塔、文氏管、喷射冷凝器）

1.3蓄热式换热器

1.4中间载热体式换热器

2.按照换热器用途分类

2.1 加热器

2.2 预热器

2.3 过热器

2.4 蒸发器

2.5 再沸器

2.6 冷却器

2.7 冷凝器

3.按换热器传热面形状和结构分类

3.1 管式换热器

3.2 板式换热器

3.3 特殊形式换热器

4.按换热器所用材料分类

4.1 金属材料换热器

4.2 非金属材料换热器

：表1.1

三、选型需要考虑的因素

1.热负荷（显热+潜热的变化量）

2.流体流量的大小

3.流体的性质

4.流体在换热器中的温度及温度的变化

5.流体允许的压降

6.对清洗、维修的要求

7.设备结构的制造与材料

8.价格、使用安全性与寿命

9.技术经济指标的分析

3.1 管壳式换热器的选型

3.1.1. 适用范围

①压力：允许压力从高真空~41.5MPa，Pmax=60MPa，F≤5000m2

②温度：-100℃~1100℃（-270℃≤tmax≤1450）

3.1.2. 容量大、结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强

3.1.3. U形管，适用于管、壳壁面温差较大，壳程易结垢管程清洁不易结垢及高温高压、腐蚀性强的场合，即高温高压腐蚀性强的介质走管内，密封易解决。

3.2

压降较大时选3较理想；对于10 翅片式空冷器选择条件：①水供应困难②水质不好，如结垢腐蚀③水热引起热污染，一般工艺出口温度较高＞65℃（即＞大气环境温度15~20℃），比列管式经济；工艺物料＜50℃用水冷。

3.3 结构参数的选取

3.3.1. 两端封头(TEMA型号代码符合)

TEMA壳体换热器类型

流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。单壳程单管程换热器称1-1型换热器，两壳程四管程换热器称为2-4型换热器，如下图所示：

2-4型换热器

为提高管内流体速度：在两端封头设置适当隔板

为提高管外流体速度：在壳体内安装纵向隔板使流体多次通过壳体空间

各类换热器管程数限制表1.3

换热器类型管程数限制

U型管式任意偶数，分程隔板只装在换热器前端固定管板式任意数，前、后两端均有分程隔板

拔出封头式任意偶数，对于单程管，必须在浮头端

加密封节；一般不用于单管程换热器

带外密封套环的浮头式单管程或双管程，因为尾部没有分程隔

板

带双开卡环的浮头式任意偶数，单管程时浮头端要加装密封

节

带填料函的浮头式任意数

壳内径最大管程数

＜250 4

250~510 6

510~760 8

760~1020 10

1270 12

①有相变

②无相变

3.3.

4. 合理压降

管壳式换热器、空冷器和套管式换热器表1.5

物流压降值

气体和蒸汽（高压）35-70Kpa

气体和蒸汽（低压）15-35Kpa

气体和蒸汽（常压） 3.5-14Kpa

蒸汽（真空）＜3.5Kpa

蒸汽（真空冷凝塔）0.4-1.6Kpa

液体70-170Kpa

F型壳体，壳侧压降35-70Kpa

板翅式换热器

物流压降值

气体和蒸汽5-20Kpa

液体20-55Kpa

3.3.5冷介质温度

①冷却水温度≤60℃，高于工艺物流冰点5℃。

②温差：高温端△t≥20℃

低温端△t≥5℃

③工艺冷热流体换热时，低温端△t≥20℃。

3.3.6. 加热

被加热介质若有冷凝液，水合物，其出口温度必须高于露点或冰点5-10℃。

3.3.7. 接管位置

①被加热、蒸发：从下向上

②被冷凝：从上向下

被冷却介质视接管经济

3.3.8. 结构参数

①换热管直径小紧凑，但压降增大，Φ19~25，汽液相时Φ32，直接加热时Φ76。

②换热管长度通常用6米

③无相变换热器时，对于大面积换热可选用8~9米

④增加管束长度一是传热系数增加，二是在相同传热面积时，可减少管程，三是单位面积传热面比较低。但长管束一方面增加承重钢平台材料，另一方面增加占地及检修面积。

⑤翅片管：当光管的管外总阻力与管内阻力之比≥3时，要采用外翅片管，例如用蒸汽加热的再沸器，预热器，水冷器，及处理有机流体的冷凝器中。

⑥当传热壁面两侧热膜系数都很小时，宜用两面带翅的。

㈠折流板

型式：

①圆缺型、环盘型（压降小）、孔流型（压降大，但适用于清洁流体）

②其中圆缺型又分单圆，双圆缺、三圆缺。

折流板圆缺位置：

①无相变的对流传热，水平放置则壳体流体与管束不平行流动，也减少了壳程底部液体沉积。

②有悬浮物或结垢严重的流体使用的卧式换热器中，用圆缺板垂直型。