列管式换热器结构设计示例参考课件

在无相变的纯粹逆流或并流换热器中，或一侧为恒温
的其他流向的换热器中，其有效平均温差采用对数平均温
差
tm
t1 t 2 ln t1
t 2
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三、传热计算基本方程
3、有效平均温差（续）
当 1 t1 2
2 t2
时，可采用算术平均温差
tm t1t2 2
在其他流向的换热器中，当无相变时，有效平均温差为
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二、操作条件的确定
3、载热体的选择（续） 工业上常用的载热体及其适用场合列于表3，供选用
时参考。
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二、操作条件的确定
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二、操作条件的确定
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二、操作条件的确定
4、换热终温的确定 另外在决定换热终温时，一般不希望冷流体的出口
温度高于热流体的出口温度，否则会出现反传热现象， 当遇到达种情况时，可采用几个换热器串联的方法解 决。
为ຫໍສະໝຸດ Baidu合理地规定换热终温，可参考下述数据。
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二、操作条件的确定
4、换热终温的确定（续） (1)热端的温差＜20℃。 (2)冷端的温差分三种情况考虑： ①两种工艺流体换热时，在一般情况下，冷端温
差＞20℃； ②两种工艺流体换热时，若热流体尚需进一步加
热，则冷端温差＞15℃； ③采用水或其他冷却剂冷却时，冷端温差＞5℃。
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二、操作条件的确定
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二、操作条件的确定
3、载热体的选择（续） 在选择时应考虑以下几个原则： (1)载热体能满足工艺上的要求达到的加热(冷却)温度 (2)载热体的温度易于调节； (3)载热体的饱和蒸汽压小，加热过程不会分解； (4)载热体的毒性小．对设备的腐蚀性小； (5)载热体不易爆炸； (6)载热体的价格低廉，来源充分。
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二、操作条件的确定
1、换热器内流体通入空间的选择 在列管式换热器中，哪一种流体走管程，哪一种流体
走壳程，一般可从下列几方面考虑： (1)不洁净的或易结垢的流体走易于清洗的一侧；对
于固定管板式换热器一般走管程；U形管换热器，一般走 壳程。
(2)粘性大的或流量小的流体，宜走壳程，因流体在 有折流板的壳程流动时，一般在雷诺数(Re＜l00)以下， 即可达到湍流，有利于提高传热系数。
tmttm '
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三、传热计算基本方程
3、有效平均温差（续） 各种流动情况x下的校正系数可根据R和P两个参数查图
得到，也可以用数学解析法计算得到
R T1 T2 t2 t1
P t2 t1 T1 t1
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二、操作条件的确定
1、换热器内流体通入空间的选择（续） (8)对于固定管板式换热器，若两流体的温差较大，对
流传热系数较大者宜走管程，这样可以降低管壁与壳壁 的温差，减少热应力。
以上原则，在实际中不可能同时兼顾，对具体情况 仔细分析，抓住主要方面。
例如首先从流体的压力、腐蚀性以及情况等方面考 虑，然后再对压力降和传热系数等方面要求进行校核， 以便作出较恰当的选择。
T1、T2——热流体的进出口温度，K或℃； t1、t2——冷流体的进出口温度，K或℃; Cph、Cpc——热、冷流体的换热系数。
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三、传热计算基本方程
2、热负荷（续） 有相变时
Q= W·r
式中 W——热或冷流体的流量，kg/s r——冷凝或蒸发潜热，J/kg
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三、传热计算基本方程
3、有效平均温差
第三章 列管换热器设计示例
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一、设计计算基本步骤（续）
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一、设计计算基本步骤（续）
(8)计算管子数和管长，对管子进行排列，确定壳体 直径
(9)根据管长与壳体直径的比值，确定管程数： (10)计算管程和壳程压力降，若压力降不符合要求， 调整流速，再确定管程数或折流板的间距，或选择另一 规格的换热器，重新计算压力降直至满足要求为止；
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二、操作条件的确定
2、流速的选择（续） 对低粘度流体，一般尽可能
使Re＞l0000；对高粘件流体常 按滞流设计。
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二、操作条件的确定
2、流速的选择（续） 流体在换热据中合理
的流速也可通过允许压力 降来决定。
在一般的情况下，由 操作压力决定一合理的压 力降，然后通过计算得到 相应的流速。合理压力降 的规定可参考表3
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二、操作条件的确定
4、换热终温的确定（续） 如果超出上述数据，应通过技术经济比较来决定
换热终温。 (3)冷却水的出口温度不宜太高，否则会加快水垢
的生成。 对于经过良好净化的新鲜水，出口温度可达到
45℃或稍高一些； 对于净化较差的冷却水，出口温度建议不要超
过40℃。
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三、传热计算基本方程
1、传热速率方程 在稳态下，当总传热系数随温度变化不大时 Q=KAΔtm
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一、设计计算基本步骤（续）
(11)计算管程和壳程的对流传热系数，确定污垢热阻， 计算得到总传热系数K’，比较
初设值K与计算值K’，若K／K’＝1.15～1.25，则 初选或初步设计的换热器合适；
如果不满足上述要求，用计算值代替初设值，从步 骤(6)起，重复以上计算，直到满足要求为止。
上述步骤为一般原则，设计换热器时，可视具体情 况灵活变动。
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二、操作条件的确定
1、换热器内流体通入空间的选择（续） (3)有腐蚀性的流体应走管程，这样，只有管子、管
板和管箱需要使用耐腐蚀的材料，而壳体及管外空间的 其他零件都可以使用比较便宜的材料。
(4)压力高的流体走管程，因为管子直径小，承受压 力的能力好，还避免了采用高压壳体和高压密封。
(5)有毒的流体走管程，减少泄漏的机会。 (6)饱和蒸汽一般走壳程，便于冷凝液的排出 (7)被冷却的流体走壳程，便于散热。
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二、操作条件的确定
2、流速的选择 换热器内流速的大小必须通过经济核算进行选择。 因为流速增加，传热系数增大，同时亦减少了污垢在
管子表面沉积的可能性，降低了垢层阻力，从而使总传 热系数提高，所需传热面积减少，设备投资费减少。
但随着流速的增加，流动阻力也相应增加，动力消耗 增大，使操作费用增加。
因此，选择适宜的流速是十分重要的。表1和表2列出 了一些经验数据，可供设计时参考。
式中 Q——热负荷，W； K——总传热系数，W／(m2·K)； A——与K对应的基准传热面积，m2 Δtm——有效平均温差，K.
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三、传热计算基本方程
2、热负荷
无相变时
式中
Q= WhCph(T1 -T2)=WcCpc(t1- t2) Wh——热流体的流量，kg／s； Wc——冷流体的流量，kg／s；