1、换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 换热器课程设计换热器课程设计 第三节第三节 换热器计算方法换热器计算方法 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 换热器：换热器：在不同温度的流体间传递热能的装置在不同温度的流体间传递热能的装置 称为换热器。称为换热器。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中 广泛使用各种换热器，且它们是上述行业的通用广泛使用各种换热器，且它们是上述行业的通用 设备，占有十分重要的地位。设备，占有十分重要的地位。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 1、热力设计、热力设计 根据使用单位提
2、出的基本要求，合理地选择运根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运 行参数，并进行传热计算。行参数，并进行传热计算。 计算出总传热系数、传热面积计算出总传热系数、传热面积 2、流动设计、流动设计 计算压降，为换热器的辅助设备提供选择参数计算压降，为换热器的辅助设备提供选择参数 3、结构设计、结构设计 根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸 4、强度设计、强度设计 应力计算。考虑换热器的受力情况，特别是在应力计算。考虑换热器的受力情况，特别是在 高温高压下换热器的受压部件应按照国家压力容高温高压下换热器的受压部件应按照国家压力容 器的标准设计。器的标准设
3、计。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 管壳式换热器结构管壳式换热器结构 管箱（封头）管箱（封头） 壳体壳体 内部结构（包括管束等）内部结构（包括管束等） 单管程固定管板换热器单管程固定管板换热器 管程管程 壳程壳程 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 不洁净和易结垢的液体宜在管内不洁净和易结垢的液体宜在管内-清洗比较方便清洗比较方便 腐蚀性流体宜在管腐蚀性流体宜在管内内-避免壳体和管子同时腐蚀，便于清避免壳体和管子同时腐蚀，便于清 洗洗 压强高的流体宜在管内压强高的流体宜在管内-免壳体受压，节省壳程金属消耗免壳体受压，节省壳程金属消耗 量量 饱和蒸汽宜走
4、管间饱和蒸汽宜走管间-便于及时排除冷凝液便于及时排除冷凝液 有毒流体宜走管内，使泄露机会较少有毒流体宜走管内，使泄露机会较少 被冷却的流体宜走管间被冷却的流体宜走管间-可利用外壳向外的散热作用可利用外壳向外的散热作用 流量小或粘度大的液体，宜走管间流量小或粘度大的液体，宜走管间-提高对流传热系数提高对流传热系数 若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走管间若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走管间-减减 少热应力少热应力 一、流体流径的选择一、流体流径的选择-冷、热流体走管程或壳程冷、热流体走管程或壳程 上述各点若不能同时兼顾，应视具体情况抓主要矛盾。上述各点若不能同时兼顾，应视具体情况
5、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。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。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 增加流速增加流速 对流传热系数对流传热系数 ，污垢热阻，污垢热阻总传热系数总传热系数 传热面积传热面积 流动阻力流动阻力和动力消耗和动力消耗 还需考虑结构上：还需考虑结构上： 高流速高流速管子数目管子数目较长管子或增加程数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；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程数增加使平均温度差下降 二、流体流速的选择二、流体流速的选择
6、 一定传热面积一定传热面积 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 常用的流速范围常用的流速范围 不同粘度液体的流速不同粘度液体的流速 流体种类流体种类 流速流速 管程管程壳程壳程 一般流体一般流体0.530.21.5 易结垢流体易结垢流体10.5 气体气体530315 液体粘度液体粘度最大流速最大流速 1500 0.6 1500500 0.75 500100 1.1 10035 1.5 351 1.8 4管程：管程：0.6-0.8 正方形排列正方形排列 2管程：管程：0.55-0.7 ; 4管程：管程：0.45-0.65 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 计
7、算得到的壳内径应圆整。计算得到的壳内径应圆整。 壳体标准尺寸壳体标准尺寸 壳体外径壳体外径 /mm 325400 500 600 700800 900 10001100 1200 最小壁厚最小壁厚 /mm 8101214 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 八、主要附件八、主要附件 1.封头封头 方形：用于直径小的壳体（方形：用于直径小的壳体（400mm）；）； 圆形：用于大直径的壳体。圆形：用于大直径的壳体。 2.缓冲挡板缓冲挡板 为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进 料管口装设缓冲挡板料管口装设缓冲挡板 3.导流筒导
8、流筒 壳程流体的进、出口与管板间存在一段流体不能流动壳程流体的进、出口与管板间存在一段流体不能流动 的空间（死角），为了提高传热效果，常在管束外增设导的空间（死角），为了提高传热效果，常在管束外增设导 流筒。流筒。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 4.放气孔、排液孔放气孔、排液孔 壳体上常安有放气孔和排液孔，排出不冷凝气体和冷凝壳体上常安有放气孔和排液孔，排出不冷凝气体和冷凝 液等。液等。 5.接管接管 换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算，即换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算，即 4 s V d u Vs流体的体积流量，流体的体积流量，u流体在接管中的流速流体
9、在接管中的流速 流速流速u的经验值可取为：的经验值可取为： 对液体对液体 u =1.52m/s；对蒸气；对蒸气u =2050m/s ； 对气体对气体u =（0.150.2）p/ (p为压强，为压强，kPa； 为气体密度为气体密度)。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 九、材料选用九、材料选用 材料应根据操作压力、温度及流体的腐蚀性等来选用。材料应根据操作压力、温度及流体的腐蚀性等来选用。 目前常用的金属材料有：碳钢、不锈钢、低合金钢、铜目前常用的金属材料有：碳钢、不锈钢、低合金钢、铜 和铝等。和铝等。 非金属材料有：石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。非金属材料有：石墨、聚四氟乙烯和
10、玻璃等。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 十、流体流动阻力（压强降）的计算十、流体流动阻力（压强降）的计算 1.管程流动阻力管程流动阻力 总阻力等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口之和。总阻力等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口之和。 一般进、出口阻力可忽略不计，管程总阻力的计算式为：一般进、出口阻力可忽略不计，管程总阻力的计算式为： 12 () itsp pppF N N ps NN管程数；串联的壳程数。 12 appP、分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，； 25mm 2.5mm1.419mm 2mm1.5 t F结垢校正因数，对取，对取； 2 2 3() 2
11、 u p 2 1 2 lu p d 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 2.壳程流动阻力壳程流动阻力 用埃索法计算壳程压强降，即用埃索法计算壳程压强降，即 012 () ss pppF N 1 apP流体横过管束的压强降，； 2 apP流体通过折流板缺口的压强降，； s F 壳程压强降的结垢校正系数，液体可取1.15，气体可取1.0 s N 串联的壳程数。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 2 0 2 2 (3.5) 2 B uh pN D 2 0 10 (1) 2 cB u pFf n N F 管子排列方法对压强降的校正因素， 正三角为0.5,转角正方形
12、为0.4，正方形为0.3； 0.228 0000 Re5005Reff 壳程流体的摩擦系数，当时， 00 00 m m / () c B c n N h D uAm s Ah Dn d 横过管束中心线的管子数； 折流挡板数； 折流挡板间距， ； 壳体内径， ； 按壳程流通截面积计算的流速，, 而 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 设计步骤设计步骤 1、试算并初选设备规格、试算并初选设备规格 确定流体在换热器中流动途径。确定流体在换热器中流动途径。 根据传热任务计算热负荷根据传热任务计算热负荷Q。 确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形确定流体在换热器两端的温度，选择
13、列管换热器的形 式；计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性。式；计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性。 计算平均温差，并根据温度差校正系数不应小于计算平均温差，并根据温度差校正系数不应小于0.8 的原则，决定壳程数。的原则，决定壳程数。 依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况， 选定总传热系数选定总传热系数K值。值。 由传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器由传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器 的基本尺寸。的基本尺寸。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 2、计算管程、壳程压强降、计算管程、壳程压强
14、降 根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压 强降。验算结果是否满足工艺要求。若压强降不符合要求，强降。验算结果是否满足工艺要求。若压强降不符合要求， 要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规 格的换热器，重新计算压强降直至满足要求。格的换热器，重新计算压强降直至满足要求。 3、核算总传热系数、核算总传热系数 计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻，再计算计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻，再计算 总传热系数总传热系数K，比较，比较K的初设值和计算值，若的初设值和计算值，
15、若 K/K=1.151.25，则初选的换热器合适。否则需另设，则初选的换热器合适。否则需另设K值，值， 重复以上计算步骤。重复以上计算步骤。 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 设计任务书设计任务书 将将6000kg/h的植物油从的植物油从140冷却到冷却到40，井水进、，井水进、 出口温度分别为出口温度分别为20和和40。要求换热器的管程和壳。要求换热器的管程和壳 程压强降均不大于程压强降均不大于35kPa。 实例实例 换热器换热面积选型计算方法换热器换热面积选型计算方法 工艺设计计算工艺设计计算 一、确定设计方案一、确定设计方案 1选择换热器的类型选择换热器的类型 两流体
16、的变化情况：热流体进口温度两流体的变化情况：热流体进口温度140，出口温度，出口温度40； 冷流体进口温度冷流体进口温度20，出口温度，出口温度40。 考虑冷热流体间温差大于考虑冷热流体间温差大于50，初步确定选用浮头式换热器。，初步确定选用浮头式换热器。 2流程安排流程安排 与植物油相比，井水易于结垢，如果其流速太小，会加快与植物油相比，井水易于结垢，如果其流速太小，会加快 污垢增长速度使换热器传热速率下降。植物油被冷却，走壳污垢增长速度使换热器传热速率下降。植物油被冷却，走壳 程便于散热。因此，冷却水走管程，植物油走壳程。程便于散热。因此，冷却水走管。
