列管式换热器工艺设计ppt课件
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间壁式换热器的类型也是多种多样，从其结构 上大致可分为: 管式换热器主要包括：蛇管，套管、热管 换热器、列管式换热器; 板式换热器主要包括：板式，螺旋板式 、 板壳式换热器 其它形式的换热器：夹套式、翅片式等
8
3、各种换热器的优缺点 不同的换热器各有自己的优缺点和适用条件，
一般来说板式换热器传热面积较大，设备 紧凑， 材耗低，传热系数大，热损失小。
(3-1)
m1 ——工艺流体的质量流量，kg/s；
Cp1——工艺流体的定压比热容kJ/(kg.k)
△t1——工艺流体的温度变化，K
30
对于有相变化的单组分饱和蒸汽冷凝过程则
依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝热确定
Q1=D1r1
(3-2)
式中 D1 ——蒸汽冷凝质量流量，kg/s；
r1 —— 饱和蒸汽的冷凝热，kJ/kg.
19
(一) 选择换热器的类型
1 、固定管板式
（动画）
20
固定管板式换热器
适用于壳体流程清洁，不易结垢或管外侧污垢能用 化学方法除掉的场合
同时要求壳体壁温与管子壁温差不大(≤50℃) 当超过此应加温度补偿装置，通常是加一膨胀节 这种装置只能用在管壁与壳体壁温差低于60～70℃ 及壳程压力不高的场合。
管时，取直管 长度；传热管为U型管时，取U型管的 直管段长度。
该标准还将列管式换热器的主要组成部 件为：前 端，管箱、壳体和后端结构（包括管束)四部分，
详细分类及代号
13
列管式换热器型号的表示方法如下：
14
15
列管式换热器的工艺设计包括下列内容： (1)根据生产任务和要求确定设计方案； (2)初步确定换热器结构和尺寸； (3)核算换热器的传热能力及流体阻力； (4)确定换热器的工艺结构。
和要求各不相同，换热设备的类型 也多种多样。
工业上所用的换热设备以间壁式换
热器居多。
6
按作用原理或传热方式分 直接接触式——传热效率高、传热面积大、
结构简单、价格便宜，仅适用于工艺允许两 种流体混合的场合
蓄热式换热器——结构紧凑、价格便宜、 传热面大、适合于气—气交换，适合于允许 有少量流体混合的场合
16
第二节 无相变换热器工艺设计 一、设计方案选择 二、工艺结构设计 三、换热器核算
17
一、设计方案选择
设计方案的是： 达到工艺要求的热
流量 操作上要安全可靠 结构上要简单 可维护性要好 尽可能节省操作费
用和设备投资
18
设计方案主要包括如下几个问题： （一）选择换热器的类型 （二）流程安排的一般原则 （三）加热剂或冷却剂的选择 （四）流体进出口温度的确定
31
2、加热剂或冷却剂用量 加热剂或冷却剂用量取决于工艺流体所需
的热量及加热剂和冷却剂的出口温度 此外还和设备的热损失有关 对于工艺流体被加热的情况，加热剂所放
优点：具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换 热器的缺点
结构比浮式简单，制造方便，易于检修清洗 常用于一些腐蚀严重，经常更换管束的场合。
24
缺点： 密封性能差，故壳程中不宜处理易燃，易爆或有
毒的流体 同时要求壳程流体的压力不宜过高
25
（二）流程安排的一般原则：
1、易结垢流体应走易于清洗的一侧。 2、在设计上需要提高流体的速度时,应将需要 提高流速的 流体放在管程。 3、具有腐蚀性的流体应走管程。 4、耐高压的流体应走管程。 5、具有饱和蒸汽冷凝的换热器，饱和蒸汽应 走壳程 6、粘度大的流体走壳程高
因此在化工生产中占有重要的地位。 换热器定义：使热量从热流体传递到冷流 体（或反之）的设备称为换热器。
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1、主要作用 （1）使热量从温度较高的流体传递给温度较
低的流体（或反之），使流体温度达到工艺流 程规定的指标
（2）回收余热、废热，提高热能总利用率
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2、换热器分类及特点 由于工艺生产中所用换热器的目的
第二章 列管式换热器工艺设计
1
Fra Baidu bibliotek
目录 第一节 概述 第二节 无相变换热器工艺设计
2
第一节 概述
一、列管式换热器的应用 二、列管式换热器设计简介
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一、列管式换热器的应用
换热器是化学,石油化学及石油炼制工业以 及其他一些行业中广泛使用的热量交换设备。
它不仅可以单独作为加热器，冷却器使用 而且是一些化工单元操作的重要附属设备。
26
（三）加热剂或冷却剂的选择
一般情况下 是否选用加热剂或冷却剂的流体应根据实际
情况确定 特殊情况下 需要设计者自行选择。
27
（四）流体进出口温度的确定
工艺流体的进出口温度是工艺条件所 定的
加热剂或冷却剂的进口温度也是由此 确定
但其出口温度有时可由设计者选定 该温度直接影响加热剂或冷却剂的用 量以及换热器的大小，因而这个温度的确 定有一个经济上的优化问题。
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二、工艺结构设计
（一）估算传热面积
1、传热器的传热量 换热器的热流量是指在确定的物流进口条件下，
使其达到规定的出口状态冷热流体间所交换的热量， 或是通过冷热流体的间壁所传递的热量。
29
在忽略热损失的条件下，对于无相变的工艺物
流，换热器的热流量由下式确定
Q1= m1Cp1△t1
式中 Q1——热流量，W；
但承压能力较低，工作介质的处理量较小且制 造加工较复杂，成本较高。
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管式换热器: 具有结构简单，加工制造比较容易，结
构坚固，性能可靠，适用面广等突出优点， 因此被广泛用于化工生产中。 列管式换热器:
在化工生产中应用最为广泛，设计资料 和数据较为完整，技术上比较成熟。
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二、列管式换热器设计简介
列管式换热器的设计、制造、检验与验收 必须 遵循中华人民共和国国家标准”钢制管壳式 (即列管式)换热器”(GB151)执行.
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2、浮头式换热器
主要特点：
优点：管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管 内,管束可在壳体内自由伸缩，不会产生热应力
缺点：结构较复杂，造价高，制造安装要求高。
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3、U型管式换热器
适用于壳程流体易结垢，或壳体壁温 与管壁温之差较大的场合，但要求管程流体较清洁， 不易结垢。
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4 、填料函式换热器
11
换热器的公称直径做如下规定: 卷制圆筒，以圆筒内径作为公称直径，mm； 钢管制圆筒，以钢管外径作为公称直径，mm； 换热器的传热面积：是以传热管外径为基准，计
算所得到的管束外表面积的总和，m2。 公称传热面积，指经圆整后的计算传热面积。
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换热器的公称长度： 以传热管长度（m）作为换热器的公称长度。为直
间壁式换热器的类型也是多种多样，从其结构 上大致可分为: 管式换热器主要包括：蛇管，套管、热管 换热器、列管式换热器; 板式换热器主要包括：板式，螺旋板式 、 板壳式换热器 其它形式的换热器：夹套式、翅片式等
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3、各种换热器的优缺点 不同的换热器各有自己的优缺点和适用条件，
一般来说板式换热器传热面积较大，设备 紧凑， 材耗低，传热系数大，热损失小。
(3-1)
m1 ——工艺流体的质量流量，kg/s；
Cp1——工艺流体的定压比热容kJ/(kg.k)
△t1——工艺流体的温度变化，K
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对于有相变化的单组分饱和蒸汽冷凝过程则
依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝热确定
Q1=D1r1
(3-2)
式中 D1 ——蒸汽冷凝质量流量，kg/s；
r1 —— 饱和蒸汽的冷凝热，kJ/kg.
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(一) 选择换热器的类型
1 、固定管板式
（动画）
20
固定管板式换热器
适用于壳体流程清洁，不易结垢或管外侧污垢能用 化学方法除掉的场合
同时要求壳体壁温与管子壁温差不大(≤50℃) 当超过此应加温度补偿装置，通常是加一膨胀节 这种装置只能用在管壁与壳体壁温差低于60～70℃ 及壳程压力不高的场合。
管时，取直管 长度；传热管为U型管时，取U型管的 直管段长度。
该标准还将列管式换热器的主要组成部 件为：前 端，管箱、壳体和后端结构（包括管束)四部分，
详细分类及代号
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列管式换热器型号的表示方法如下：
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列管式换热器的工艺设计包括下列内容： (1)根据生产任务和要求确定设计方案； (2)初步确定换热器结构和尺寸； (3)核算换热器的传热能力及流体阻力； (4)确定换热器的工艺结构。
和要求各不相同，换热设备的类型 也多种多样。
工业上所用的换热设备以间壁式换
热器居多。
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按作用原理或传热方式分 直接接触式——传热效率高、传热面积大、
结构简单、价格便宜，仅适用于工艺允许两 种流体混合的场合
蓄热式换热器——结构紧凑、价格便宜、 传热面大、适合于气—气交换，适合于允许 有少量流体混合的场合
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第二节 无相变换热器工艺设计 一、设计方案选择 二、工艺结构设计 三、换热器核算
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一、设计方案选择
设计方案的是： 达到工艺要求的热
流量 操作上要安全可靠 结构上要简单 可维护性要好 尽可能节省操作费
用和设备投资
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设计方案主要包括如下几个问题： （一）选择换热器的类型 （二）流程安排的一般原则 （三）加热剂或冷却剂的选择 （四）流体进出口温度的确定
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2、加热剂或冷却剂用量 加热剂或冷却剂用量取决于工艺流体所需
的热量及加热剂和冷却剂的出口温度 此外还和设备的热损失有关 对于工艺流体被加热的情况，加热剂所放
优点：具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换 热器的缺点
结构比浮式简单，制造方便，易于检修清洗 常用于一些腐蚀严重，经常更换管束的场合。
24
缺点： 密封性能差，故壳程中不宜处理易燃，易爆或有
毒的流体 同时要求壳程流体的压力不宜过高
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（二）流程安排的一般原则：
1、易结垢流体应走易于清洗的一侧。 2、在设计上需要提高流体的速度时,应将需要 提高流速的 流体放在管程。 3、具有腐蚀性的流体应走管程。 4、耐高压的流体应走管程。 5、具有饱和蒸汽冷凝的换热器，饱和蒸汽应 走壳程 6、粘度大的流体走壳程高
因此在化工生产中占有重要的地位。 换热器定义：使热量从热流体传递到冷流 体（或反之）的设备称为换热器。
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1、主要作用 （1）使热量从温度较高的流体传递给温度较
低的流体（或反之），使流体温度达到工艺流 程规定的指标
（2）回收余热、废热，提高热能总利用率
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2、换热器分类及特点 由于工艺生产中所用换热器的目的
第二章 列管式换热器工艺设计
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Fra Baidu bibliotek
目录 第一节 概述 第二节 无相变换热器工艺设计
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第一节 概述
一、列管式换热器的应用 二、列管式换热器设计简介
3
一、列管式换热器的应用
换热器是化学,石油化学及石油炼制工业以 及其他一些行业中广泛使用的热量交换设备。
它不仅可以单独作为加热器，冷却器使用 而且是一些化工单元操作的重要附属设备。
26
（三）加热剂或冷却剂的选择
一般情况下 是否选用加热剂或冷却剂的流体应根据实际
情况确定 特殊情况下 需要设计者自行选择。
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（四）流体进出口温度的确定
工艺流体的进出口温度是工艺条件所 定的
加热剂或冷却剂的进口温度也是由此 确定
但其出口温度有时可由设计者选定 该温度直接影响加热剂或冷却剂的用 量以及换热器的大小，因而这个温度的确 定有一个经济上的优化问题。
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二、工艺结构设计
（一）估算传热面积
1、传热器的传热量 换热器的热流量是指在确定的物流进口条件下，
使其达到规定的出口状态冷热流体间所交换的热量， 或是通过冷热流体的间壁所传递的热量。
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在忽略热损失的条件下，对于无相变的工艺物
流，换热器的热流量由下式确定
Q1= m1Cp1△t1
式中 Q1——热流量，W；
但承压能力较低，工作介质的处理量较小且制 造加工较复杂，成本较高。
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管式换热器: 具有结构简单，加工制造比较容易，结
构坚固，性能可靠，适用面广等突出优点， 因此被广泛用于化工生产中。 列管式换热器:
在化工生产中应用最为广泛，设计资料 和数据较为完整，技术上比较成熟。
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二、列管式换热器设计简介
列管式换热器的设计、制造、检验与验收 必须 遵循中华人民共和国国家标准”钢制管壳式 (即列管式)换热器”(GB151)执行.
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2、浮头式换热器
主要特点：
优点：管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管 内,管束可在壳体内自由伸缩，不会产生热应力
缺点：结构较复杂，造价高，制造安装要求高。
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3、U型管式换热器
适用于壳程流体易结垢，或壳体壁温 与管壁温之差较大的场合，但要求管程流体较清洁， 不易结垢。
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4 、填料函式换热器
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换热器的公称直径做如下规定: 卷制圆筒，以圆筒内径作为公称直径，mm； 钢管制圆筒，以钢管外径作为公称直径，mm； 换热器的传热面积：是以传热管外径为基准，计
算所得到的管束外表面积的总和，m2。 公称传热面积，指经圆整后的计算传热面积。
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换热器的公称长度： 以传热管长度（m）作为换热器的公称长度。为直