管壳式换热器的工艺设计.doc

《管壳式换热器的工艺设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、管壳式换热器的工艺设计芮胜波李峥王克立李彩艳兖矿鲁南化肥厂芮胜波：（1974-），山东枣庄人，工程师，工程硕士，从事煤化工项目研发及建设工作。第一作者联系方式：山东滕州木石兖矿鲁南化肥厂项目办（），电话：0632-摘要：管壳式换热器在各种换热器中应用最为广泛，为了使换热器既能满足工艺过程的要求，又能从结构、维修、造价等方面比较合理，在设计中要从各个方面综合考虑。本文着重从换热器程数的选择以及如何降低换热器的压力降方面进行了比较详细的论述，对于换热器的工艺设计起到一定的指导作用。关键词：管壳式换热器，程数，压降在化工、石油、动力、制冷以及食品等行业中，换热器都属于非常重要

2、的工艺设备，占有举足轻重的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强，特别是换热器的设计必须满足各种特殊工况和苛刻操作条件的要求。大致说来，随着换热器在生产中的地位和作用不同，对它的要求也不同，但都必须满足下列一些基本要求：首先是满足工艺过程的要求；其次，要求在工作压力下具有一定的强度，但结构又要求简单、紧凑，便于安装和维修；第三，造价要低，但运行却又要求安全可靠。许多新型换热器的出现，大大提高了换热器的传热效率。比如板式换热器和螺旋板式换热器具有传热效果好、结构紧凑等优点，在温度不太高和压力不太大的情况下，应用比较

3、有利；板翅式换热器是一种轻巧、紧凑、高效换热器，广泛应用于石油化工、天然气液化、气体分离等部门中；此外，空气冷却器以空气为冷却剂在翅片管外流过，用以冷却或冷凝管内通过的流体，尤其适用于缺水地区，由于管外装置了翅片，既增强了管外流体的湍流程度，又增大了传热面积，这样，可以减少两边对流传热系数过于悬殊的影响，从而提高换热器的传热效能。尽管各种各样的新型换热器以其特有的优势在不同领域得以应用，但管壳式换热器仍然在各种换热器中占有很大的比重，虽然它在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不占优势，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在工程中仍得

4、到普遍使用。目前我们在各种工程中应用最多的换热器就是管壳式换热器，其中又以固定管板式为最常见，除了波纹管换热器等可选用标准系列产品外，其它光管换热器都由工艺专业自行设计，尽管专用计算软件HTFS的应用使设计人员从繁琐的手工设计计算中解脱出来，但是为了使设计出来的换热器能更好的满足各种要求，仍然有许多方面需要在设计时充分加以考虑。首先，程数的选择。管程程数的选择：关键要比较管程与壳程的给热系数，如果单管程时管程流体的给热系数小于壳程流体给热系数，则可选用双管程，管程给热系数会因此显著增大，并且总传热系数也会有大幅提高。例如，有一台单管程换热器，管程给热系数为990W/(m

5、2.℃),壳程给热系数为5010W/(m2.℃),总传热系数为794W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下改为双管程后，管程给热系数变为1680W/(m2.℃)，增大了70%，，总传热系数变为1176W/(m2.℃)，增大了48%，显然此时选用双管程换热器有利。反之，如果单管程时管程的给热系数大于壳程给热系数，虽然改用双管程时，管程给热系数也会显著增大，但是总传热系数则增幅不明显，例如，一单管程换热器，管程给热系数为2276W/(m2.℃),壳程给热系数为2104W/(m2.℃),总传热系数为1040W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下改为

6、双管程后，管程给热系数变为4147W/(m2.℃)，增大了82%，，总传热系数变为1280W/(m2.℃)，只增大了23%。另一方面，由于双管程换热器中分程挡板的存在，减少了换热管的排管数量，所以，有时传热系数增大的幅度尚不足以补偿因换热管的减少而损失的换热面积，所以这种情况下就更不宜采用双管程结构了；同时从结构上看，双管程要比单管程复杂，制造难度大，所以即使在换热面积相当的情况下，仍然考虑单管程换热器为首选。壳程程数的选择：应从两个方面考虑，首先，对于换热管很长的换热器，如果为了减少占地面积，可以采用双壳程结构以减短换热管长度，例如一台单管程、单壳程的换热器外形尺寸为

7、φ1000×6000，若改用双管程双壳程结构，则φ1400×3000可满足要求，长度方向减少了一半，从占地角度考虑是很有意义的。其次，如果壳程流体流量较小，造成壳程给热系数较小，单纯靠扩大壳体直径虽然会增大传热面积，但是由于流速降低而导致总传热系数的减小，甚至不能补偿增大的传热面积，此时，除了可以选用几台小直径的换热器串联外，也可以考虑选用双壳程结构。但是双壳程设计需要在壳程设置纵向隔板，大大增加了换热器本身结构的复杂性，增加制造成本，而且壳程介质容易发生短路而降低换热效率，一般推荐采用。第二，压力降的设计。换热器的压力降不仅受到动力消耗