热交换器的设计选型计算.pdf

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1、石油和化工设备-40-论文广场2016年第19卷热交换器的设计选型计算陈科，徐岚，房柯（中核集团中国核电工程有限公司，北京100840）[摘要]根据工艺设计要求，热交换器需要重新计算结构尺寸和性能参数。本文参考热交换器设计手册的计算方法，试算结构参数，分析计算结果，初选设备布置和结构尺寸，并采用换热计算软件HTFS-TASC进行校验计算，验证定型尺寸的正确性，对新热交换器的最终定型具有重要意义。[关键词]热交换器设计；选型计算；热工；水力化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种热交换器，为这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%~20%；而在

2、炼油厂中，[1]约占总投资的35%~40%。Ｕ形管式热交换器是普遍使用的一种，由管板、壳体、管束等零部件组成。在同样直径的条件下，Ｕ形管热交换器的换热面积最大；它结构简单、图1热交换器总体结构紧凑、密封性能高，检修、清洗方便，在高温、高压下金属耗用量最小、造价最低；Ｕ形管热交热交换器的热工水力性能，试算部分结构参数，换器只有一块管板，热补偿性能好、承压能力较分析其中的影响因素。采用换热计算软件HTFS-强，适用于高温、高压工况下操作。TASC进行校验计算，力求得出合理的设计结果。与原工艺相比，新的工艺方法中，热流体流1设计输入量增大，处于更高的温度和压力状态。在管、壳壁温差较大，工况变化

3、较多的条件下，还要保证1.1工艺参数严格的密封要求，不宜采用浮头式热交换器和固实际设计中，热流体走管程，冷流体走壳定管板式热交换器，采用U形管热交换器则可避免程，热交换器工况参数的对比详见表1。其中在升以上问题。温末期工况，热流体流量和热负荷均为最大，因本文根据换热器设计手册[2]分别计算了新旧此本文中仅计算校核升温末期的这种工况。表1升温末期热流体工艺参数对比工况参数流量t/h入口温度℃出口温度℃允许压降MPa原工艺27.06197460.1新工艺31.24197460.11.2主要结构参数以下是热交换器的主要结构参数（表2）和换作者简介：陈科（1983—），男，仫佬族，广西柳州人，2

4、009年毕业于北京化工大学化工过程机械专业，硕士研究生，工程师。现热管排布（图2）。主要从事核电设备设计工作。第5期陈科等热交换器的设计选型计算-41-表2原设备结构参数结构参数筒体内径mm换热管数量根折流板间距mm折流板数量个换热管长度mm原设备330219500164230(3)式中，Rs1和Rs2分别为管外侧和管内侧的污垢2热阻，m•K/W。因此公式(3)可表示为：(4)2Rt：管内热阻，m•K/W，，式中αt为管内传热系数，Dt为换热管外径，Dti为换热管内径；2Rw：管壁热阻，m•K/W，，式中λw为管壁热导率；图2原换热管排布2Rt：管外侧热阻，m•K/W，，式中αs为管外传

5、热系数；2热工计算求出管内传热系数αt和管外传热系数αs，根2.1热负荷计算据αt和αs求解总传热系数K，通过式(2)即可求出对流传热是一个复杂的过程，包括通过层换热面积。流底层的热传导及层流底层外流体各部分之间发2.3试算结果生相对位移所引起的热量传递。本文中假设热交换器绝热良好，冷热流体均无相变，则热流体放管内外传热系数需要采用估算法。管内外传[4]出的热量等于冷流体获得的热量，则热量衡算式热系数均需要考虑流体黏度的修正因子，根据估为：(1)算管壁平均温度的近似值tw，求得修正因子传热量Q是通过换热管内外流体的对流换热实现交换的，同时也等于下式：和，分别计算αt和αs。由，校核tw是

6、否满足。如果两者相差较多，则应重新(2)估算αs，直至前后的传热系数相近，满足要求为式中，K为总传热系数；A为换热面积；Δtm止。为对数平均温差。因此根据物性参数，可以计算在试算中调整热流体进口流量、换热管数量出升温末期热交换器的传热量Q，然后根据K和A和折流板间距等参数，分别计算原设备和新设备关系确定热交换器的结构尺寸。的传热系数，具体结果见表3和表4。2.2热工计算2.4计算结果分析热工计算主要根据热交换器设计手册的计算现就表3和表4的计算结果进行分析，可以得方法，求解实际换热面积A，关键在于求解总传热到以下结果：系数K，而传热的总热阻1/K为管壁本身的传导热(1)管程的传热系数与该

7、区域的质量流量成正[3]阻及其两侧的对流热阻三者之和，求解K如下式比，与换热管数量成反比（见表3）。所示：(2)壳程传热系数的增大主要与壳程流量增石油和化工设备-42-论文广场2016年第19卷表3传热管数量对传热系数的影响管程壳程管程流量换热管数量参数Mtkg/s根RetαtResαs7.517219295540.944012110161351.08526910433原设备7.517229282630.94301167416135