换热器的总体设计

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1、第一章换热器总体设计间壁式换热器在各个工业部门中应用最为广泛。按照传热间壁的结构形状可分为管式和板式两大类，管式中又有管壳式（列管式）、套管式、蛇管式以及翅片式等多种形式；板式中又有波纹板式、螺旋板式、板翅式、板壳式等多种形式。1.1换热器的设计步骤（1）收集原始数据。原始数据是设计计算的基本依据，应根据设计任务，收集尽可能多的有关数据，并力求准确。（1）确定物性参量。安排管、壳程流体，确定定性温度，计算或查得换热介质物性参量：密度、粘度、比热等。（3）初步决定换热器流型，计算平均温差。（4）计算热负荷（热传量）。利用热平衡计算换热器的热负荷，为估算热量损失，需要确定热损失系数或热效

2、率。（5）初选传热系数，根据换热介质，流速及流态确定，初算传热面积，利用选择标准型号换热器或自行设计换热器结构，确定管、壳程的主要结构尺寸。（6）管程传热及压降计算。选定允许压降，假定管壁温度，根据初选结构计算管侧对流换热系数和压降。当换热系数远大于，且压降小于允许压降值时，方能进行壳程计算，否则，重选或进行结构调整。（7）壳程压降及传热计算。根据初选结构和假设的壁温计算壳程流通截面、流速和换热系数，若不符合要求，可变动壳程结构，调整折流板尺寸、间距乃至壳体直径直至满意。（8）核算总传热系数。根据管、壳两侧流速和温度决定污垢热阻，最后计算传热系数，当计算值与初选值满足：即符合要求。也

3、可计算传热量或传热面积，并与、17比较，有（10～10）%的过余即符合要求。（9）计算壳程压降。管、壳程压降均应小于允许压降，否则调整结构重算直至满意。1.1设计任务书表1-1为设计一管壳式换热器的原始数据Table1-1forthedesignofashellheatexchangeroftheoriginaldata介质入口温度℃出口温度℃工作压力MPa流量(t/h)流动方式氨气145401.479.5逆水10300.1150流1.3确定设计类型、结构形式及流程（1）本设计选用固定管板式换热器。（1）流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时

4、参考。①不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。②腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。③压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。④饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。⑤被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。⑥需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。⑦粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体

5、流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。本设计由于两流体温差大，而冷却水的换热系数大，结垢性较氨气强、工作压力高，用泵输送允许的压降较大，故使冷却水走管程较合适。17氨气的流量较小、粘度较小、壳体强度不会产生问题，允许压降小，因而使其走壳程合适。1.4工艺计算工艺计算包括初选结构、传热计算和压降计算，工艺计算所得的传热面积是下一步结构设计的前提。1.4.1原始数据（1）冷却水进口温度：；（1）冷却水出口温度：；（3）冷却水工作压力：；（4）冷却水流量：；（5）氨气进口温

6、度：；（6）氨气出口温度：；（7）氨气流量：；（8）氨气工作压力：；1.4.1定性温度和物性参数计算[1]（1）水的定性温度，；（1）水的密度，查物性表；（3）水的比热查物性表；（4）水的导热系数，查物性表；（5）水的粘度，查物性表；（6）水的柏朗特数，计算或直接查得（1-1）17（7）氨气的密度，查物性表；（8）氨气的比热，查物性表；（9）氨气的导热系数，查物性表；（10）氨气的粘度，查物性表；（11）氨气的柏朗特数，（1-1）1.4.3传热量及水流量（1）换热器效率，取；（1）设计传热量，（1-3）1.4.4有效平均温差（1）逆流平均温差（1-4）（1）参数R（1-5）参数P，（

7、1-6）参数，查取有效平均温差，171.4.5初选结构（1）试选传热系数，；（1）初选传热面积，；（1-7）（3）管子外径，选无缝钢管，；（4）管子内径，；（5）管子长度，取换热管标准长度；（6）总管子数，根；（7）管程排列方式，传热管采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，取单壳程，1管程结构；（8）管束中心处一排管数（1-8）取；（9）壳体内径，取用；（10）折流板数块；（1-9）1.4.6传热系数（1）水侧污垢热阻；（1）煤油侧污垢热阻；（3）管壁