换热器课程设计

四、管子的规格和排列方法 1.管径
应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面的流 速范围
a. 小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数 稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体；
b. 大直径管子用于粘性大或易结垢的流体。
目前列管式换热器系列标准中管径仅有： Φ25mm × 2.5mm、 Φ 19mm × 2mm
2.管长
以清洗方便及合理使用管材为原则
合理的换热器管长：1.5m、2m、3m、6m等 管子长度与公称直径之比，一般为l/d＝4～6 ，对直 径小的换热器可取大些。
3.管子排列方法
正三角形、转角正三角形、正方形、转角正方形等
管板强度高；流体走短路 机会少，且扰动较大，因 而对流传热系数较高；相 同壳程内排更多管子。
4. 管间距t
管间距:两相邻换热管中心的距离。其值的确定需要考虑
以下几个因素：
① 管板强度；
② 清洗管子外表面时所需要的空隙；
③ 换热管在管板上的固定方法。
通常，取t =（1.25~1.5）d0。
管外径 管心距 各程相邻管 mm mm 的管心距， mm
19 25
38
25 32
44
32 40
52
38 48
管程数m计算： m ? u u'
u——管程内流体的适宜流速；u'——管程内流体的实际流体。
管程数 折流挡板间距
2.壳程数 当温差校正系数 ? ? t 低于0.8，可采用多壳程。
如：在壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体 内流经两次，称为两壳程。
但由于隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一 般不采用壳方多程的换热器，而是几个换热器串联使用
六、折流挡板
作用： ①提高壳程内流体的流速；
②加强湍流强度； ③提高传热效率； ④支撑换热管。
形式：
圆缺形
盘环形
最常用的为圆缺形挡板 ，切去的弓形高度 约为外壳内
径的10%~40%，一般取20%~25%。
两相邻挡板的距离（板间距）h为外壳内径D的（0.2~1）倍。 ?板间距过小，不便于制造和维修，阻力较大； ?板间距过大，流体难于垂直地流过管束，使对流传热系 数下降。 系列标准中，采用的h（mm）值为： ? 固定管板式：150,300,600； ? 浮头式：150,200,300,480和600.
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五、管程和壳程数的确定
1.管程数
当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时， 有时会使管内流速较低，对流系数较小。
为提高管内流速，可采用多管程。
但管程数过多，管程流动阻力加大，增加动力费用；多程 会使平均温度差下降；多程隔板使管板上可利用面积减少
标准中管程数有：1、2、4和6程，多程时应使每程管子数 大致相等。
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
三、流体两端温度的确定
★具有补偿圈的固定管板式换热器
膨胀节结构
?? oC ? ? t ? ?? oC
带有补偿圈的固定管板式换热器
适用于温差小于 70?C 且壳方流体压强不高于 600kPa 的情况。
2. 浮头式换热器（一端不与外壳连接，称之为浮头）
适用于两流体温差较大 的各种物料的换热 ,应用极为普遍。
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3. U 型管式换热器（管子可自由伸缩）
若冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确 定两端温度的问题。
若其中一个流体已知进口温度，则出口温度应由设计者 来确定。
例如：用冷水冷却某热流体，冷却水进口温度可根据当地 气温条件作出估计，出口温度需根据经济衡算来决定。
?为节省水量，出口温度提高，则传热面积要大些；
?为减少传热面积，出口温度降低，则要增加水量。
1-换热器代号（G,F） 2-公称直径，mm 3-管程数Np：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ 4-公称压力PN,MPa
5-公称换热面积SN,m2
一、流体流径的选择-冷、热流体走管程或壳程
① 不洁净和易结垢的液体宜在管内-清洗比较方便 ② 腐蚀性流体宜在管内-避免壳体和管子同时腐蚀，便于清洗 ③ 压强高的流体宜在管内-免壳体受压，节省壳程金属消耗量 ④ 饱和蒸汽宜走管间-便于及时排除冷凝液及不凝性气体 ⑤ 有毒流体宜走管内，使泄露机会较少 ⑥ 被பைடு நூலகம்却的流体宜走管间-可利用外壳向外的散热作用 ⑦ 流量小或粘度大的液体，宜走管间-提高对流传热系数 ⑧ 若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走管间-减少热
便于清洗，适 于壳程流体易 结垢的场合； 但对流传热系 数较正三角形 的低。
介于正三角 形和正方形 之间。
? 对于固定管板式换热器（型号G）采用 Φ25mm × 2.5mm的管子和正三角形排列
? FA型浮头式换热器一般采用Φ 19mm × 2mm和正三角形排列
? FB型浮头式换热器Φ25mm × 2.5mm和正 方形排列。
适用于高温高压且管内 流体必须清洁的场合
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? 管壳式换热器型号与系列标准
? 1）基本参数和型号
? （1）基本参数
? 公称换热面积SN ? 公称直径DN ? 公称压强PN ? 换热器管长度L ? 换热管规格和排列
? 管程数NP
? （2）型号表示方法
? 例G800II-1.0-110
? ???? ? ??? ???? 1 2 34 5
课程设计
管壳式换热器的设计
管壳式换热器结构
? 封头 ? 壳体 ? 内部结构（包括管束等）
接管 壳体
壳程
折流挡板
管程 封头（ 端盖、管箱）
管束
单管程固定管板换热器
管板
列管式换热器
列管式换热器
列管式换热器 ?1
列管式换热器
★卧式安装特点：重心稳，维修方便，用于冷凝时传热效果 较好。但占地面积大，换热器内须装支承板。
应力
上述各点若不能同时兼顾，应视具体情况抓主要矛盾。
先流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，再校核对流传热系数和压强降。
二、流体流速的选择
?增加流速
对流传热系数↑ ，污垢热阻↓→总传热系数↑ →传热面积↓ 流动阻力↑和动力消耗↑
还需考虑结构上： 一定传热面积 高流速→管子数目↓→较长管子或增加程数
管子太长不易清洗，且管长都有一定标准；程数增加使平 均温度差下降