换热器设计

换热器设计：

一：确定设计方案：

1、选择换热器的类型

两流体温度变化情况，热流体进口温度130°C，出口温度80°C；冷流体进口温度40°C，出口温度65°C。该换热器用自来水冷却柴油，油品压力0.9MP，考虑到流体温差较大以及壳程压强0.9MP，初步确定为浮头式的列管式换热器。2、流动空间及流速的确定

由于冷却水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程，柴油走壳程。从热交换角度，柴油走壳程可以与空气进行热交换，增大传热强度。选用Φ25×2.5 mm 的10号碳钢管。

二、确定物性数据

定性温度:可取流体进口温度的平均值。

壳程柴油的定性温度为

T1=130°C，T2=80°C，t1=40°C，t2=65°C

T=(130+80)/2=105(°C)

管程水的定性温度为

t=(40+65)/2=52.5(°C)

已知壳程和管程流体的有关物性数据

柴油105°C下的有关物性数据如下:

ρ=840 kg/m3

密度

定压比热容C o=2.15 kJ/（kg·k）

导热系数λo=0.122 W/(m·k)

粘度μo=6.7×10-4N·s/m2

水52.5°C的有关物性数据如下：

ρ=988 kg/m3

密度

i

C=4.175 kJ/（kg·k）

定压比热容

i

λ=0.65 W/(m·k)

导热系数

i

粘度 μi =4.9×10-4 N·s/m 2

三、计算总传热系数

1.热流量

m 0=95000(kg/h)

Q 0= m 0C o Δt o =95000×2.15×(130-80)=10212500kJ/h=2836.8(kw) 2.平均传热温差

m t '?=(Δt 1-Δt 2 )/ln(Δt 1/Δt 2)=[(130-65)-(80-40)]/ln[(130-65)/(80-40)]=51.5(°C)

其中Δt 1=T 1-t 2，Δt 2=T 2-t 1。 3.水用量

W c =Q 0/(C i Δt i )=10212500/[4.175×(65-40)]=97844.3kg/h=27.18kg/s 平均温差

1

221t t T T R --=

=406580

130--=2 1112t T t t P --=

=40

1304065--=0.28 选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图可得t ??=0.88。

m

t m t t '??=???=0.88×51.5=45.32°C 管子规格5.225?φ，L=3m 。 管束排列方式：正三角形排列。

一壳程四管程三角形管束排列方式285.2175.011==n K ，。

四、传热面积初值计算

取总传热系数K=335W/(m 2.°C)

18632

.45335108.28363

=??=?=m t K Q F m 2

一管子面积 3102031???==-ππL d F i =0.1884m 2

管子数 9871884

.01861===

F F N t 管子中心距 o d t 25.1==1.25×25=31.25mm ，取t=32mm

管束直径 1095)175.0987(

25)(285

.21

1

101=?=?=n t b K N d D mm 中心一行管束 3432

1095r ===

t D N b 五、管侧传热系数

估计壳体壁温T w

假设冷凝给热系数为700W/m.K 平均温差：

壳程平均温度：T=(130+80)/2=105°C 管程平均温度：t=(65+40)/2=52.5°C 则800)5.52105(700)105(?-=?-w T 得：T w =45°C 平均冷凝温度752

45

105=+=

cm T °C 75°C 时柴油物性：

密度 ρo =875 kg/m 3 定压比热容 C o =2.03 kJ/（kg·k ） 导热系数 λo =0.123 W/(m·k) 粘度 μo =6.1×10-4 N·s/m 2

31050.42603360026

.12626-?=?=?=Γt h N L M 3

109.898713360095000-?=?

?kg/s.m 23343

2

r =?=N

K m W N g r h ./77223)10

9.8101.681.9875(123.095.0)(95.026/13/13

426/13

12o =???????=?Γ?=----μρλα%3.10%100700

700

772=?-，与假设值接近，不需重新假设冷凝给热系数。 六、管内给热系数

管截面积 077.04

987)1020(444

232

1=???=?

?=

-ππ

t i N d A m 2

管内流速 357.0077

.098818

.271=?=?=

A W u c ρm/s ))

/((240020/357.0)5.5202.032.1(4200/)02.032.1(420022.08.02.08.0i K m W d u t i ?=??+?=?+=α七、传热核算

取水的污垢热阻为si R =3.44×10-4 m 2.K/W 柴油污垢热阻为o s R =1.72×10-4 m 2.K/W 管壁传热系数为 λ=45 W/m.K 则：

K m W R d d b d d R d d K o

so m o i o si i i o ?=+?+?????+??+???=

++??++?=

-------24

3

33433'/3707721104394.3105.22451025105.220251044.31020240010251

1

1

αλα

%5.10%100335

335

370'=?-=-K K K ，与假定K 值相近，试差结束。 八、壳侧压力降

1、折流板计算

D S =D b +16=921+16=937mm 取D S =600mm

折流板选择为圆缺度为25%的圆缺型折流板。则圆缺高度为： H=0.25×600=150mm 取标准圆缺高度为150mm

折流板板间距为B=0.3D S =0.3×600=180mm 取折流板板间距为200mm 折流板数N B =L/B-1=3000/200-1=14 2、用Kern's 法计算压降 管子横截面积 02625.010********

25

3260s =???-=??-=

-B D t d t A s m 2

则壳侧质量流速 则2/3.100502625

.0360095000

m s kg A M G S

O s ?===

壳侧流体流速 s m G O

S

s /145.1875

3

.1005u ==

=

ρ 壳体当量直径 mm d t d d o o e 8.19)25917.032(25

10.1)917.0(10.1222

2=?-=-=

雷诺数3263110

1.6108.193.10054

30

=???=?=

--μe

s e d G R 查壳侧阻力因子图得fo j =0.28

取w μμ=，忽略粘度得影响，应用进口流速，其压降为式

14

.02)(28-?????=?w

s e S fo S u B L d D j P μμρ的50%。而

Pa

u B L d D j P w

s e S fo S 114032

16.0875*******.1960028.08)

(282

3

14

.02=??????=?????=?--μμρ 则壳压降5.7kPa ，在104~105Pa 范围内，符合设计要求。 九、管侧压降计算 雷诺数1403310

9.49881020348.04

3=????==

--i

i

i i e d u R μρ 查壳侧阻力因子图得fi j =0.39 管压降

kPa

Pa u d L j N P m

w i fi P t 87867462

348.0988)5.210*2033.08(425.2)(823

2==??+???=??

??????+??=?--ρμμ

在104~105Pa 范围内，符合设计要求。

十、裕度计算

所需换热面积 23

017032.45370108.2836m t K Q F m =??=?=

实际换热器面积 2301209)57987(310253)(m N N L d F r t =-????=-??=-π

面积裕度%23%100170

170

209%100001=?-=?-=

F F F H 传热面积裕度合适，该换热器能够生产任务。

十一：零件的计算

1）壳体、管箱壳体和封头的设计 1、壁厚的确定

表 1 碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度

公称直径 400~700 700~1000 1000~1500

1500~2000

2000~2600

浮头式

8

10

12

14

16

表 2 壳体、管箱壳体厚度

DN,mm 材料 壳程或管程公称压力PN ，MPa

0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 厚度，mm

600

Q235-A/B/C 8 8 8 10 —— —— 16MnR 8 8 8 8 12 16 1Cr18Ni9Ti

5

5

6

8

12

18

由之前的计算知，壳体和管箱壳体外径为600mm 。选用Q235-A 碳素钢板材制壳体和管箱壳体，在105°C 时[σ]t =113MPa 。下面确定其壁厚。

取工作压力等于设计压力，则p c =0.9MPa ，提高到管程设计压力计算，焊接接头系数φ=0.85。 计算壁厚 mm p D p S c t

o c 8.29

.085.01132600

9.0][2=+???=+?=

φσ 设计壁厚 由于柴油的腐蚀强度低，取腐蚀裕量C 2=1mm 。 则：m m 8.318.22=+=+=C S S d

此时负偏差为C 1=0.5mm ，则S d +C 1=4.3mm 。

名义壁厚 ?+=?++=3.41C S S d n ，可取名义壁厚为5mm 。

而由上表知可取壳体和管箱壳体壁厚为6mm ，但是考虑到公称压力和材料的

选择，选取壳体和管箱壳体厚度为8mm 。其单位长度质量为120kg ，单位长度的容积为0.283m 3。

2、封头：选择标准椭圆形封头JB/T4737-95

受内压（凹面受压）的椭圆形封头的计算壁厚为：

2

)]2(2[61

2

5.0][25.0][2i

i c t o

c c t i c h D K p D p K p D p K S +=+-???=

-???=

?φσφσ

而对于标准椭圆形封头，K=1.00，故

mm p D p S c t

o c 8.22

9.05.085.01132600

9.025.0][2=+?-???=+-?=

φσ 表 3 封头厚度

DN,mm 材料 壳程或管程公称压力PN ，MPa 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0

6.4

厚度，mm

600

Q235-A/B/C 8

8 8 10 —— 16MnR 8 8 8 8 10 16 1Cr18Ni9Ti

5

5

6

8

12

18

表 4 标准椭圆形封头的直边高度h o (mm)

封头材料 碳素钢、普低钢、复合钢板 不锈钢 封头壁厚 4~8 10~18 ≥20 3~9

10~18 ≥20 直边高度

25 40 50

25

40

50

由以上壳体和管箱壳体的尺寸结构应选择的封头为DN=600mm ，材料为Q235-A ，封头厚度为8mm ，直边高度为25mm 。 2）管板与换热器 管板尺寸

管板尺寸如图1。根据GB151-1999《管壳式换热器》的规定，碳钢、低合金钢固定管板式换热器的管板（16Mn 锻件）在PN≤1MPa 、DN=600的管板尺寸见表5。

表 5 DN=600管板尺寸表

P s MPa P t MPa D

D 1

D2

D3 D4 D5 C

D2

螺柱（栓） hf b 规格 数量 0.6

1.0

730 690 655 597

642

600

12.5 23

M20 24

32

42

图 1 管板尺寸图（用于壳程PN<1.0MPa)

管板与换热管只能采用焊接的形式连接。

3）壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接

管板与壳体的连接型式分为两类，浮头式换热器属于可拆卸式换热器，是通过壳体上的法兰或夹持在两法兰之间固定。

1、壳体与管板的连接结构

此设计换热器采用的材料为碳钢，宜使用兼作法兰的管板。

2、管板与法兰的连接

管板被两法兰夹持而固定的浮头式换热器，由于需要经常洗涤或定期更换管束，所以必须将管板做成可拆卸式。

4）折流板或支持板

1、折流板型式

折流板的型式由弓形折流板、圆盘-圆环形（也称盘—环形）折流板和矩形折流板。最常用的折流板是弓形折流板和圆盘-圆环形折流板。

此换热器使用弓形折流板。而弓形折流板又分为单弓形、双弓形和三弓形，大部分换热器都采用单弓形折流板。本次设计的换热器使用单弓形折流板。

2、折流板尺寸折流板计算

D S=D b+16=921+16=937mm，取D S=600mm

折流板选择为圆缺度为25%的圆缺型折流板。则圆缺高度为：

H=0.25×600=150mm，取标准圆缺高度为150mm

折流板板间距为B=0.3D S=0.3×600=180mm

取折流板板间距为200mm

折流板数N B=L/B-1=3000/200-1=14

5）拉杆与定距管

1、拉杆的结构和尺寸

（1）拉杆的结构型式

拉杆常用的结构型式有：

a.拉杆定距管结构，此结构适用于换热管外径d≥19mm的管束且l2>L a（L a按表4-5-5规定）；

b.拉杆与折流板点焊结构，此结构适用于换热管外径d≤14mm的管束且l1≥d；

c.当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。

这里我们选用拉杆定距管结构。

（2）拉杆的尺寸

拉杆的长度L按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图2和表6确定。

图 2 拉杆连接尺寸

表 6 拉杆的尺寸

拉杆直径d拉杆螺纹公称直径d n L a L b b 101013≥40 1.5

121215≥50 2.0

161620≥60 2.0

（3）拉杆的直径和数量

由于换热管外径为25mm，壳体公称直径为600mm，通过查表可选取直径为16mm的拉杆，其数量为4。

2、拉杆的位置

拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。3、定距管尺寸

定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。

6）防短路结构

通过之前的计算和比较后，该换热器需要安装旁路挡板或假管。 1、旁路挡板结构尺寸

安装在换热器中的旁路挡板应与折流板焊接牢固。 旁路挡板的厚度可取与折流板相同的厚度。 旁路挡板的数量推荐如下：

公称直径DN≤500mm 时，一对挡板； 公称直径500

假管（也称挡管）为两端堵死的换热管，设置在分程隔板槽背面的两管板之间而不穿越管板，假管与换热管的规格相同，可与折流板点焊固定，也可用拉杆（带定距管或不带定距管）代替。一般应每隔3~4排换热管设置一根，但不应该设置在折流板缺口处。假管伸出第一块及最后一块折流板或支持板的长度应不大于50mm 。假管的设置是为了减少死区。

本换热器采用20根假管。

冷却水系统的设计：

图 3 闭式循环冷却水系统

采用软水闭式循环冷却水系统，因为这对防腐、减轻结垢，从而提高换热装置和设备的运行效率与使用寿命均有明显效果；循环水在管中流动，管外通常用风散热。除换热设备的物料泄漏外，没有其他因素改变循环水的水质。

为了防止

在换热设备中造成盐垢，有时冷却水需要软化。

闭式循环冷却水系统的关健设备是节能型水膜式空冷器，节能型水膜式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体的新型高效节能冷却设备。1．节能型水膜式空冷器的结构

（1）风机系统

由风机、风机电机、风筒、百叶窗等组成。风机风量要满足换热热负荷所需的风量和风穿越管束所需的压头。一台空冷器设立多台风机，每台风机可通过变频器调节风机转速，或改变风机叶片角度，进而调节风量。风筒为流线型，减少风机动能减少。

（2）换热管系统

闭式循环的软水在此换热，由换热管组成管束，满足换热所需要的换热面积。换热管材质采用铜管、不锈钢管、热浸锌钢管，防腐性能好，寿命长。换热管采用圆管、椭圆管、波螺管，传热效率高。为了检修方便，管箱盖板设计成可卸盖板式。换热管束为列管布置，阻力降小，一般低于0.03Mpa。管箱、盖板、支撑板、联结件都经过浸锌、镀锌或其它防腐处理。

（3）喷淋系统

包括水箱、喷淋水泵、喷淋水布水器和除沫器。喷淋水量要满足换热蒸发和润湿包裹换热管所需的量。一般为冷却水量的1/3---1/5，根据前边的计算值，本次设计冷水量为5—9kg/s。喷淋水布水器主要构件为喷嘴，要保证喷水均匀而不堵。喷淋水有一部分蒸发，大部分回落到设备底部的水箱中，由喷淋水泵抽取，循环使用。对于多台空冷器，可将水箱合并，统一成一个水池，便于喷淋水的过滤和加药处理。离开换热管的空气会携带少量水滴，为此设立除沫器，飘水率＜0.05%。

（4）支撑系统

支撑以上三系统的构架等。其铜结构都经过浸锌、镀锌或其它防腐处理。2．设计选型

节能型水膜式空冷器的型号为WL，宽度一般为3m，长度有9m、6m、3m，换热面积需经复杂的工艺计算后确定。冷却温差可在2℃～10℃之间，每台处理水量可达200 m3/h～600 m3/h，并且可根据用户场地的大小进行灵活的布置。

3．布置设计

（1）设备及管道布置

多台设备并联布置，主管操作。设备布置在厂房顶部，进风通畅；下部作为泵房、加药间、控制室、配电室等；布置紧溱，节省用地。相对独立，互不干扰，属于非防爆区。

（2）温度调节

由于气温的变化，会影响冷却水的出口温度，为保证出水温度稳定，有多种调节措施：调节开停的空冷器台数；停开喷淋水；调节空冷器中运行的风机台数；调节空冷器中运转的风机风量。这些调节措施都会送入全厂的DOS系统。

（3）安全措施

当换热器有细微损坏时，会微量泄漏到软水中，因为是密闭循环，逐渐积累，影响节能型水膜式空冷器的换热效果，故在系统中，配置良好的排气装置。

课程设计换热器-煤油汇总

《化工过程设备设计Ⅰ（一）》 说明书 设计题目：换热器的设计 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计日期： 设计单位：青海大学化工学院化学工程系

目录 前言 (4) 任务书 (5) 目的与要求 (6) 一、工艺设计方案 (8) 二、确定物性数据 (9) 三、估算传热面积 (9) 四、工艺结构尺寸 (10) 五、换热器核算 (12) 六、设计结果概要一览表 (17) 七、参考文献 (19)

前言 化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。 化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使学生得到化工设计的初步训练，为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心，训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为3周，其基本内容为： (1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 (2)主要设备的工艺设计计算(含计算机辅助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。 (3)辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。 (4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。 (5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 (6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参

换热器设计问题

本人希望在此搞一换热器专贴，以方便相关行业人员，一起探讨，共同成长．也希望大家多多支持，上传更多相关资料方便大家共享与学习（也很希望版主的支持与关注，能给提供资料和帮人很好解答问题的朋友予以奖励，使大家积极性更高）．一人有难时，大家能八方支援．谁要总结出一些关于这方面的经验或心得，能拿出来与大家分享那是最好，使后来人能站在巨人肩膀上更好成长．先以下面此文开篇（申明：不是本人自己总结，从别处看得，觉得很好，以此开篇，后面将陆续补上一些，我之前收集的关于换热器方面的资料，希望对大家有帮助） 换热器设计思路及相关知识 一、前言 换热器分类： 管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类。 1.刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又成为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。它的优点是结构简单紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清洗。 2.具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成： ①浮头式换热器：这种换热器的一端管板能自由伸缩，即所谓“浮头”。他适用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。 ②U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过管内的流体是清洁的。这种换热器可用于温差变化大，高温或高压的场合。 ③填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料密封，以保证管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时，才采用这种结构，但管距比一般换热器要大，结构复杂。另一种形式是在列管的一端与外壳做成浮动结构，在浮动处采用整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不易用在直径大、压力高的情况。填料函式换热器现在很少采用。 二、设计条件的审查： 1. 换热器的设计，用户应提供一下设计条件（工艺参数）： ①管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供） ②管、壳程的操作温度（进口/出口） ③金属壁温（工艺计算得出（用户提供）） ④物料名称及特性 ⑤腐蚀裕量 ⑥程数 ⑦换热面积 ⑧换热管规格，排列形式（三角形或正方形） ⑨折流板或支撑板数量 ⑩保温材料及厚度（以便确定铭牌座伸出高度） ⑾油漆:Ⅰ.如用户有特殊要求，请用户提供牌号，颜色 Ⅱ.用户无特殊要求，设计人员自己选定 2. 几个重点设计条件 ①操作压力：作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供 ②物料特性：如用户不提供物料名称则必须提供物料的毒性程度。 因为介质的毒性程度关系到设备的无损监测、热处理、锻件的级别

换热器设计说明书样本1

2010级应用化学专业《化工原理》课程设计说明书 题目： 姓名： 班级学号： 指导老师： 同组人员 完成时间：

《化工原理》课程设计评分细则 说明：评定成绩分为优秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69）和不及格（<60）

目录（按毕业论文格式要求书写）

第一部分设计任务书

第二部分设计方案简介评述 我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器有固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式等类型。列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体 的温差大于50 C，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器 结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。

第三部分 换热器设计理论计算 １、试算并初选换热器规格 （1）、 定流体通入空间 两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一 般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。 （2）、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式： 被冷却物质为煤油，入口温度为140℃,出口温度为40C 冷却介质为自来水，入口温度为30C ，出口温度为40C 煤油的定性温度：(14040)/290m T C =+= 水的定性温度：(3040)/235m t C =+= 两流体的温差：903555m m T t C -=-= 由于两流体温差大于50℃，故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器。 两流体在定性温度下的物性数据 (3)、计算热负荷Q 按管内煤油计算,即 1253 361.981010() 2.2210(14040) 1.541610330243600 n ph W Q C T T W ?=-= ????-=??? 若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得,即 6 3,21() 1.54161036.94/4.17410(4030) c p c Q C t t W kg s =-?==??- （4）、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数 逆流 温 差 212211222111 ()()(14040)(4030)39.09614040 ln ln ln 4030m t t T t T t t C t T t t T t ??-?------'====??---?- 121214040 104030 T T R t t --= ==--

换热器计算汇总

一、冷凝器热力、结构计算 1.1冷凝器的传热循环的确定 根据冷库的实际工作工况：取蒸发温度015t C =-?，过热度5r t C ?=?，即吸入温度110t C =-?；过冷度 5K t C ?=? ,冷凝器出口温度535k k t t t C =-?=?，则C t k 40=. 查《 冷库制冷设计手册》第441页图6-7， R22在压缩过程指示功率82.0=i η kg kJ h /4051= kg kJ h /4452= ()K kg kJ s s ?==/7672.121 kg m v /06535.031= kg kJ h /4183= kg kJ h /2504= kg kJ h /2435= kg m v /108673.0335-?= kg kJ h h w t /4040544512=-=-= (3.1) kg kJ w w i t i /8.4882.040===η 图1-1系统循环p-h 图 lgp /MPa

kg kJ w h h i s /8.4538.4840512=+=+= 再查R22的圧焓图得C t s 802= kg m v s /02.032= 所需制冷剂流量为s kg h h Q q s k mo /3834.0243 8.4538152=-=-= 1.2冷却水流量vs q 和平均传热温差m T ?的确定 1.2.1冷却水流量vs q 确定 冷却水进、出口温度 C t ?='322,236t C ''=? ，平均温度C t m ?=34，由《传热学》563页的水的物性表可得: 3994.3/kg m ρ=4174/()p c J kg K =?620.746610/m s ν-=? 262.4810/()W m K λ-=?? 则所需水量: ()()s m t t c Q q p k vs /10879.4323641743.9941081333 '2''2-?=-???=-=ρ 1.2.2平均传热温差m T ?的确定 由热平衡 ：2323()()mo s p vs q h h c q t t ρ''-=?- ，有 2332()mo s p vs q h h t t c q ρ-''=-=()C 3.3510 879.4174.43.9944188.4533834.0363=???-?-- ()()C q c h h q t vs p mo 13.3210 879.4174.43.9942432503834.032t 354' 24=???-?+=-+=-ρ

换热器设计计算范例

列管式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。根据 传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换 热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 ◎初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式， 重新计算。 ◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排 列。◎计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计 算，直到合理为止。 ◎核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ◎计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的 计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18 设计条件数据 物料流量 kg/h 组成（含乙醇量） mol% 温度℃操作压力 MPa 进口出口 釜液 3.31450.9

换热器设计说明书模板

换热器课程设计说明书 专业名称：核工程与核技术姓名：*** 班级：*** 学号：*** 指导教师：*** 哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 2017 年 1 月 13 日

目录 1 设计题目…………………………………………………………………………… 1.1 设计题目………………………………………………………………………1.2 团队成员……………………………………………………………………… 1.3 设计题目的确定过程………………………………………………………… 2 设计过程…………………………………………………………………………… 3 热力计算…………………………………………………………………………… 4 水力计算…………………………………………………………………………… 5 分析与总结………………………………………………………………………… 5.1 可行性评价和方案优选………………………………………………………5.2 技术分析………………………………………………………………………5.3 总结与体会……………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………附录计算程序………………………………………………………………………

1.1、设计题目 设计一台管壳式换热器，把 18000 kg/h 的热水由温度 t 1 ’冷却至 t 1 ”，冷却水入口温 度 t 2 ’，出口温度 t 2 ”，设热水和冷却水的运行压力均为低压。 初始参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 80℃； 热水出口温度 t 1 ”： 50℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 20℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 45℃； 1.3设计题目的确定过程 首先，我们小组集中讨论了本次课程设计内容，即换热器设计的内容和具体细节上的要求，然后在组内达成了共识——求同存异。在题目初始参数相同的情况下对后续的计算以及编程过程发挥各自的特长，并将自己存在的疑问于组内其他成员讨论，充分发挥组内成员的自主和协作能力，努力做到一个合格并且优秀的核专业学生应有的素质。 对于管壳式换热器的设计计算，我们查阅了相关的资料（在本说明书最后一并提到），第一次尝试选择参数，如下： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 46℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 并尝试进行初步计算，不过在后面进行有效平均温差的计算时，针对我们手头有限的资料（见附录3），为了保证R可查，将参数修正为以下值。 二次选择参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 42℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 继续往下计算，我们通过之前的知识，发现在换热器的设计中，除非处于必须降 ψ>，至少不小于0.8。 低壁温的目的，一般按照要求使0.9

换热器原理与设计(答案)

广东海洋大学 2013年清考试题 《换热器原理与设计》课程试题 课程号： 1420017 √ 考试 □ A 卷 □ 闭卷 □ 考查 □ B 卷 √ 考试 一．填空题（10分。每空1分） 1．相比较沉浸式换热器和喷淋式换热器，沉浸式换热器传热系数 较低。 2．对于套管式换热器和管壳式换热器来说， 套管式换热器 金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。 3．在采用先逆流后顺流<1-2>型热效方式热交换器时，要特别注意温度交叉问题，避免的方法是 增加管外程数 和两台单壳程换热器串联。 4．在流程的选择上，腐蚀性流体宜走 管程，流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re ＞100)下即可达到湍流。 5．采用短管换热，由于有入口效应，边界层变薄，换热得到强化。 6. 相对于螺旋槽管和光管，螺旋槽管的换热系数高. 7. 根据冷凝传热的原理，层流时，相对于横管和竖管，横管 传热系数较高。 8.减小管子的支撑跨距能增加管子固有频率，在弓形折流板缺口处不排管，将 减小 管子的支撑跨距 9. 热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700m 2/m 3，为紧凑式换热器。 10. 在廷克流动模型中ABCDE5股流体中，真正横向流过管束的流路为B 股流体,设置旁路挡板可以改善C 股流体对传热的不利 GDOU-B-11-302 班级： 姓 名： 学号： 试题共 4 页 加白纸3 张 密 封 线

影响。

二．选择题（20分。每空2分） 1.管外横向冲刷换热所遵循侧传热准则数为(C ) A. 努赛尔准则数 B. 普朗特准则数 C. 柯尔本传热因子 D. 格拉肖夫数 2.以下哪种翅片为三维翅片管( C ) A. 锯齿形翅片 B. 百叶窗翅片 C. C管翅片 D. 缩放管 3.以下换热器中的比表面积最小( A ) A．大管径换热器B．小管径换热器 C．微通道换热器 D. 板式换热器 4. 对于板式换热器，如何减小换热器的阻力(C ) A．增加流程数B．采用串联方式 C．减小流程数 D. 减小流道数。 5.对于板翅式换热器，下列哪种说法是正确的( C ) A．翅片高度越高，翅片效率越高 B．翅片厚度越小，翅片效率越高 C．可用于多种流体换热。 D. 换热面积没有得到有效增加。 6.对于场协同理论，当速度梯度和温度梯度夹角为( A )，强化传热效果最好。 A．0度B．45度 C.90度 D. 120度 7. 对于大温差加热流体(A ) A．对于液体，粘度减小B．对于气体，粘度减小 C．对于液体，传热系数减小 D. 对于气体，传热系数增大8. 对于下列管壳式换热器，哪种换热器不能进行温差应力补偿( B ) A．浮头式换热器B．固定管板式换热器 C．U型管换热器 D. 填料函式换热器。 9. 对于下列管束排列方式，换热系数最大的排列方式为( A ) A．正三角形排列B．转置三角形排列 C．正方形排列 D. 转正正方形排列。 10. 换热器内流体温度高于1000℃时，应采用以下何种换热器(A )

列管式换热器设计

列管式换热器设计 第一节推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图。 2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。 5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。 7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。 8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。 9、核算Ｋ。 10、校核平均温度差D。 11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计 1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。

3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。 8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制换热器装配图 五、提出技术要求 六、编写设计说明书 第二节列管式换热器的工艺设计 一、换热终温的确定 换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。 为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据： 1、热端温差（大温差）不小于20℃。 2、冷端温差（小温差）不小于5℃。 3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。 二、平均温差的计算 设计时初算平均温差Dtｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。

换热器主要参数及性能特点

换热器主要参数及性能特 点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。

ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。

列管式换热器的设计

化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $

目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料

： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，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。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，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，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）

换热器的设计说明书.

西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质； ③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求； ⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温

西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不 能清洗 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压 力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃； 内垫片易渗漏 U 型管式 制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、 管子不易更换和不易机械清洗 填料 函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压 力较高场合 釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中

换热器设计指南汇总

换热器设计指南 1总贝!I i.i目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1. 2范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号 (版次)的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999钢制压力容器 GB151-1999管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers ------- JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社(2002) 换热器设计手册——中国石化出版社(2004) 换热器设计手册——化学工业出版社(2002) Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ---------- SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection -------- HEVRON COP. (1989)

HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers ------- TOTAL (2002) 管壳式换热器工程规定——SEI (2005) 2设计基础 2. 1传热过程名词定义 2.1.1无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化一液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相，热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2换热器的术语及分类 2.2.1术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器； 位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分；

换热器汇总

风冷翅片管式换热器管内热阻与铜管翅片的接触热阻及管外空气侧的热阻比为2:1:7 翅片间距对传热系数有显著影响 翅片间距的影响受控于管排数，翅片间距越小，阻力系数f越大，管排数对阻力系数的影响很小。 翅片厚度越小，传热越好。 管排数越少，传热系数越大，管排数最好不要大于3。 1、风机功率不变的情况下，传热系数和传热温差随管排数的增加均减小，总换热量则先增加后减小，而平均每 排管的换热量随着管排数的增加而减小。通过计算，每增加1排管，平均每排管的换热量将减少18%左右，这说明增加管排数尽管增大了传热面积，但不能使总换热量显著持续的增加，因此不是一种经济的强化换热方式。 2、风速增大的情况下，换热量随风速的增加而增加，增加量随管排数的增加而减小，但是平均每排管的换热量 逐渐减小，最大可减少122%。 3、不同的风机功率水平下，换热量达到最大值的管排数不同，风机功率越大，换热量达到最大值的管排数也增 大。同时通过计算得出，在相同条件下，不同制冷剂的换热量会有不同，但管排数对使用不同制冷剂的换热性能影响趋势一致。 管排数对换热的影响 1、保持风机功率不变，当迎风面积不变时，增加管排数 a.空气侧压降增大，因风机功率不变，使得风机全压增大，因此风机风量随管排数增加而减少。 b.风机风量的变化量随管排数增加而越来越小，则空气侧压降的变化量也越来越小，说明管排数对压降的影 响随管排数的增加而减少。 c.迎风面积不变，只改变管排数，管排数增加风量减少，导致迎面风速也减小，则空气侧换热系数也随之降 低。但风速随管排数增加而减少的量比较小，所以空气侧平均换热系数变化并不显著。又因管排数增加使得换热面积增大，所以总换热量增加。 d.随管排数增加，换热量的增加量越来越小，说明随管排数增加，空气侧压降越来越大，风量减少使得空气 侧换热系数减小，同时，湿空气比焓差亦随之增加，但增加量逐渐减少，因此总换热量的增加越来越小。 e.增加管排数增大了换热面积，但却也增大了空气侧阻力，使进风量减少，同时推动湿空气与水膜之间热湿 交换的动力比焓差随管排数增加而增大，但随管排数增加其增加量逐渐减小，因此，当管排数增加到一定值时，总换热量反倒会开始减小。 f.对于风冷翅片管式换热器，空气的对流换热系数比制冷剂侧的换热系数小1至2个数量级，因此换热器的 热阻70%左右是在空气侧，管内侧换热系数的变化对传热系数的影响较小。 g.换热器管排数增加时，总换热量先增加后减小，其平均每排管的换热量是逐渐递减的。这说明管排数的增 加，使得总换热量有所增加，但是平均到每排管时其换热量反倒会减少，所以增加管排数尽管增大了换热面积，但不能使总换热量一直增加。 h.管排数持续增加至一定值时，使压降亦持续增大，从而使得换热系数和换热温差不断减小，所以尽管随管 排数增加换热面积增加，但总的换热量反倒几乎不变。 综上所述： 迎面风速一定时，只增加管排数，总换热面积随之增大，所以总换热量随管排数增加而增加，但随管排数增加空气侧压降是增大的，进风量在减小，所以总换热量虽然增加了，但平均到每排管的换热量反倒减小了，因此管排数增加到一定值后，总换热量就会开始减小。 迎面风速变化的情况下，即风机功率改变。在每一个风速状态下，随管排数增加其换热量的变化趋势是一致的，但不同的迎面风速下，使换热量达到最大值的管排数是不同的，其变化规律是：随着迎面风速的增大，使换热量达到最大值的管排数也增加。 当改变管内制冷剂种类时，随管排数增加其换热量的变化趋势是一致的，但因不同的制冷剂其本身固有的物性不同，所以使用不同的制冷剂，使换热量达到最大值的管排数亦不同。

换热器设计指南汇总

换热器设计指南

1 总则 1.1 目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1.2 范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号（版次）的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999 钢制压力容器 GB151-1999 管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers——JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社（2002） 换热器设计手册——中国石化出版社（2004） 换热器设计手册——化学工业出版社（2002） Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ——SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection——CHEVRON COP. (1989) HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers——TOTAL（2002） 管壳式换热器工程规定——SEI（2005） 2 设计基础 2.1 传热过程名词定义

2.1.1 无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2 沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化—液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3 冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相, 热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2 换热器的术语及分类 2.2.1 术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器；位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分； 管程数：介质沿换热管长度方向往、返的次数； 壳程数：介质在壳程内沿壳体轴向往、返的次数； 公称长度：以换热管的长度作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度，换热管为U形管时取U形管直管段的长度； 计算换热面积：以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积，对于U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积；公称换热面积：经圆整后的计算换热面积；

换热器设计计算步骤

换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热 已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定 首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算 管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值 一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。

表1 油水物性参数表 水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中 油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。 实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算

换热器的设计

换热 12万吨/年二甲苯从90℃冷却到50℃，冷却介质水从30℃到40℃。 一·确定设计方案 1．选择换热器的类型 两流体温度变化情况：二甲苯进口温度90℃，出口温度50℃；循环水进口温度30℃，出口温度40℃。考虑到流体温差不是太大，但冬季水温低，温差稍大。壳程压力也不是很大，所以选用带膨胀节的固定管板式换热器。 2．流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢，应使其走管程，二甲苯走壳程。选φ25?2.5的碳钢管，管内流速取1.5m/s 。 物性数据的确定 定性温度：可取流体进出口的平均值。 壳程油的定性温度为：702 5090=+=T ℃ 管程流体的定性温度为：352 4030=+=T ℃ 二甲苯在70℃下相关的物性数据如下： 密度 ：ρO =825.7㎏/3m 定压比热容 ： po c =1.896kJ/（㎏·℃） 导热系数：λO =1.22W/（m ·℃） 粘度：μO =0.00037pa.s 循环冷却水在35℃下的物性数据： 密度 ：ρO =994㎏/3m 定压比热容 ： po c =4.08kJ/（㎏·℃） 导热系数：λO =0.626W/（m ·℃） 粘度：μO =0.0007225pa.s 二·热量衡算 1. 热流量 Q O =m O c PO t O =71012?/（300×24）×1.896×（90-50）=1.624×610KJ/h=351.1KW 2. 平均传热温差 Δ2 1 21,ln t t t t t m ???-?==7.3230504090ln )3050()4090(=-----℃ 3. 冷却水用量 h Kg t c Q w i pi i /9.39803) 3040(08.416240000=-?=?= 4. 总传热系数K 管程传热系数 41131000725 .09945.102.0=??==i i i i e u d R μρ

换热器设计

换热器设计： 一：确定设计方案： 1、选择换热器的类型 两流体温度变化情况，热流体进口温度130°C，出口温度80°C；冷流体进口温度40°C，出口温度65°C。该换热器用自来水冷却柴油，油品压力0.9MP，考虑到流体温差较大以及壳程压强0.9MP，初步确定为浮头式的列管式换热器。2、流动空间及流速的确定 由于冷却水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程，柴油走壳程。从热交换角度，柴油走壳程可以与空气进行热交换，增大传热强度。选用Φ25×2.5 mm 的10号碳钢管。 二、确定物性数据 定性温度:可取流体进口温度的平均值。 壳程柴油的定性温度为 T1=130°C，T2=80°C，t1=40°C，t2=65°C T=(130+80)/2=105(°C) 管程水的定性温度为 t=(40+65)/2=52.5(°C) 已知壳程和管程流体的有关物性数据 柴油105°C下的有关物性数据如下: ρ=840 kg/m3 密度 定压比热容C o=2.15 kJ/（kg·k） 导热系数λo=0.122 W/(m·k) 粘度μo=6.7×10-4N·s/m2 水52.5°C的有关物性数据如下： ρ=988 kg/m3 密度 i C=4.175 kJ/（kg·k） 定压比热容 i λ=0.65 W/(m·k) 导热系数 i

粘度 μi =4.9×10-4 N·s/m 2 三、计算总传热系数 1.热流量 m 0=95000(kg/h) Q 0= m 0C o Δt o =95000×2.15×(130-80)=10212500kJ/h=2836.8(kw) 2.平均传热温差 m t '?=(Δt 1-Δt 2 )/ln(Δt 1/Δt 2)=[(130-65)-(80-40)]/ln[(130-65)/(80-40)]=51.5(°C) 其中Δt 1=T 1-t 2，Δt 2=T 2-t 1。 3.水用量 W c =Q 0/(C i Δt i )=10212500/[4.175×(65-40)]=97844.3kg/h=27.18kg/s 平均温差 1 221t t T T R --= =406580 130--=2 1112t T t t P --= =40 1304065--=0.28 选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图可得t ??=0.88。 m t m t t '??=???=0.88×51.5=45.32°C 管子规格5.225?φ，L=3m 。 管束排列方式：正三角形排列。 一壳程四管程三角形管束排列方式285.2175.011==n K ，。 四、传热面积初值计算 取总传热系数K=335W/(m 2.°C) 18632 .45335108.28363 =??=?=m t K Q F m 2 一管子面积 3102031???==-ππL d F i =0.1884m 2 管子数 9871884 .01861=== F F N t 管子中心距 o d t 25.1==1.25×25=31.25mm ，取t=32mm