传热与换热器设计

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1、管壳式换热器（GB151-1999）传热与换热器设计一、传热的基本方式热传导、热对流、热辐射。第一部分传热基本知识在管壳式换热器中的传热为间壁式热交换。间壁式热交换热量传递的过程包括三个步骤：①热流体将热量传递给固体壁面一侧(对流传热)；②热量从固体壁面的一侧传递到另一侧(热传导)；③冷流体将热量取走(对流传热)。从两流体无相变热量衡算式：可知：要想对换热器进行计算，需要知道4个温度和2个流量。第一部分传热基本知识传热工艺流程的确定①不洁净或易于分解结垢的物料应流经易清洗的一侧，一般是管内。②具有腐蚀性的物料应走管内。③压力高的物料走管内。④温度很高或很低的

2、物料走管内，减少热损失。第一部分传热基本知识⑤蒸汽一般走壳程，便于排液，传热系数也大。⑥粘度大的流体一般走壳程，便于提高流速。⑦给热系数小的流体如气体，应走壳程，易于提高速度。⑧流量小的流体走壳程，易改变流动状态提高湍动程度。第一部分传热基本知识二、传热基本方程：第一部分传热基本知识1、GB151-1999标准的适用范围（1）本标准适用于固定管板式、浮头式、U形管式和填函式换热器；（2）适用的参数为：DN≤2600mm，PN≤35MPa，且DN×PN≤1.75×104（mm·MPa）。（3）设计温度范围：按金属材料允许的使用温度确定。第二部分GB151-19

3、99（4）设计压力低于0.1MPa及真空度低于0.02MPa的换热器，可按JB/T4735及本标准的有关规定进行设计、制造、检验和验收。第二部分GB151-19992、公称直径DN（1）卷制圆筒：以圆筒内直径作为换热器的公称直径，一般为DN≥400mm，以100mm为进级档，必要时可以50mm进档；（2）钢管制圆筒：以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径，一般为DN≤400mm的圆筒。3、换热面积A（1）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，m2。（2）公称换热

4、面积：经圆整后的计算换热面积，m2，尾数为0或5。（3）为满足传热要求的换热面积：第二部分GB151-19994、公称长度LN以换热管的长度（m）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。第二部分GB151-19995、设计压力、计算压力和试验压力：设计压力指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。计算压力指在相应设计温度下，用以确定换热器元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。试验压力指压力试验时，换热器管、壳程顶

5、部的压力。第二部分GB151-1999压力试验：液压和气压试验两种，优先选用前者。进行气压试验时，取φ=1.0第二部分GB151-1999（1）当管程压力低于壳程压力时，压力试验时，按正常试压就可以。试验压力的最低值按下述规定，试验压力的上限还应满足应力校核的要求。内压换热器的试验压力：第二部分GB151-1999（注：液压时取1.25，气压时取1.15）说明：A、当换热器铭牌上规定有最大允许工作压力时，试验压力公式中应以该最大工作压力代替设计压力。B、立式换热器卧置压力试验时，试验压力应计入试验介质的液柱静压力。C、当各元件所采用材料不同时，修正系数用各元

6、件的最小值。第二部分GB151-1999外压和真空换热器：压力试验前的应力校核压力试验前，应校核圆筒和封头试压时的应力强度是否足够大。圆筒应力校核：椭圆形封头应力校核：第二部分GB151-1999（2）而当管程压力高于壳程压力时，GB151规定：接头试压应按图样规定，或按供需双方商定的方法进行。出现上述工况时，一般按如下处理方法：1）用0.9ΦReL的应力值计算壳程的试验压力，以尽量提高壳程试验压力使其达到管程试验压力，但此时必须注意壳程其它元件是否也能承受在此试验压力下的强度及密封性能。第二部分GB151-1999用上述办法不能提高到规定的管程试验压力时，

7、可采取以下办法：①若差距不大，可以考虑适当增加厚度；②如仍然相差甚远，则只能以壳程允许的最大试验压力试压，其后，再在壳程用氨渗透、卤素渗透或氦渗透进行补充性试验。2）对于可抽式管束，可先打管程高压，用窥视镜从管板背面检查泄露情况。第二部分GB151-1999气密性试验(PT=p):当符合下述情况时，应在压力试验合格后作气密性试验，试验压力、试验介质和检验要求应在图样上注明。①介质为易燃、易爆；②介质的毒性程度为极度或高度危害；③对真空有较严格要求；④管、壳程介质互漏会产生严重危害；⑤如有泄漏将危及容器的安全性（如衬里等）和正常操作者。第二部分GB151-19

8、996、设计温度：是指换热器在正常工作条件下，设定的