換熱器的外形換熱器的外形1換熱器的管束換熱器的管束2第一節(jié)概述

目錄第二節(jié)無(wú)相變換熱器工藝設(shè)計(jì)第一節(jié)概述目錄第二節(jié)無(wú)相變換熱器工藝設(shè)計(jì)3一、列管式換熱器的應(yīng)用二、列管式換熱器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第一節(jié)概述一、列管式換熱器的應(yīng)用二、列管式換熱器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第一節(jié)概述4

一、列管式換熱器的應(yīng)用1.換熱器定義：使熱量從熱流體傳遞到冷流體（或反之）的設(shè)備。2.應(yīng)用（1）日常生活（2）航空航天（3）石油化工等行業(yè)一、列管式換熱器的應(yīng)用1.換熱器定義：2.應(yīng)用53.主要作用（1）使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體（或反之），使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)（2）回收余熱、廢熱，提高熱能總利用率3.主要作用64.換熱器分類及特點(diǎn)按作用原理或傳熱方式分直接接觸式蓄熱式間壁式4.換熱器分類及特點(diǎn)按作用原理或傳熱方式分直接接觸式蓄熱式間7（1）直接接觸式傳熱效率高、傳熱面積大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，僅適用于工藝允許兩種流體混合的場(chǎng)合。（2）蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、傳熱面大、適合于氣—?dú)饨粨Q，適合于允許有少量流體混合的場(chǎng)合思考：你見(jiàn)過(guò)的直接接觸式換熱器有哪些？（1）直接接觸式思考：你見(jiàn)過(guò)的直接接觸式換熱器有哪些？8

板式換熱器蛇管套管熱管換熱器列管式換熱器板式螺旋板式板殼式換熱器（3）間壁式換熱器管式換熱器其它型式夾套式翅片式分類：板式換熱器蛇管套管熱管換熱器列管式換熱器板式螺旋板式板93.各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn):(1)板式換熱器:

優(yōu)點(diǎn)：傳熱面積較大，設(shè)備緊湊，材耗低,傳熱系數(shù)大，熱損失小。缺點(diǎn)：

承壓能力較低，工作介質(zhì)的處理量較小且制造加工較復(fù)雜，成本較高。3.各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn):10（2）管式換熱器:

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造比較容易，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，性能可靠，適用面廣等突出優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于化工生產(chǎn)中。（3）列管式換熱器:

在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)較為完整，技術(shù)上比較成熟。（2）管式換熱器:11

列管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收必須遵循中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”鋼制管殼式(即列管式)換熱器”(GB151)執(zhí)行.

二、列管式換熱器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介列管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收必須遵循中華12換熱器的公稱直徑做如下規(guī)定:

卷制圓筒，以圓筒內(nèi)徑作為公稱直徑，mm；鋼管制圓筒，以鋼管外徑作為公稱直徑，mm；換熱器的傳熱面積：是以傳熱管外徑為基準(zhǔn)，計(jì)算所得到的管束外表面積的總和，m2。公稱傳熱面積，指經(jīng)圓整后的計(jì)算傳熱面積。換熱器的公稱直徑做如下規(guī)定:13換熱器的公稱長(zhǎng)度：以傳熱管長(zhǎng)度（m）作為換熱器的公稱長(zhǎng)度。傳熱管為直管時(shí)，取直管長(zhǎng)度；傳熱管為U型管時(shí)，取U型管的直管段長(zhǎng)度。

該標(biāo)準(zhǔn)還將列管式換熱器的主要組成部件為：前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）三部分換熱器的公稱長(zhǎng)度：該標(biāo)準(zhǔn)還將列管式換熱器的主要組成14列管式換熱器型號(hào)的表示方法如下：列管式換熱器型號(hào)的表示方法如下：15列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件16

列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容：

(1)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和要求確定設(shè)計(jì)方案；

(2)初步確定換熱器結(jié)構(gòu)和尺寸；

(3)核算換熱器的傳熱能力及流體阻力；

(4)確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容：17一、設(shè)計(jì)方案選擇二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、換熱器核算第二節(jié)無(wú)相變換熱器工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)方案選擇二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、換熱器核算第二節(jié)無(wú)相變18

設(shè)計(jì)方案的原則是：達(dá)到工藝要求的熱流量操作上要安全可靠結(jié)構(gòu)上要簡(jiǎn)單可維護(hù)性要好盡可能節(jié)省操作費(fèi)用和設(shè)備投資

一、設(shè)計(jì)方案選擇設(shè)計(jì)方案的原則是：一、設(shè)計(jì)方案選擇19

設(shè)計(jì)方案主要包括如下幾個(gè)問(wèn)題：

（一）選擇換熱器的類型（二）流程安排的一般原則（三）加熱劑或冷卻劑的選擇（四）流體進(jìn)出口溫度的確定設(shè)計(jì)方案主要包括如下幾個(gè)問(wèn)題：20

(一)選擇換熱器的類型

1、固定管板式

(一)選擇換熱器的類型21固定管板式換熱器適用于殼體流程清潔，不易結(jié)垢或管外側(cè)污垢能用化學(xué)方法除掉的場(chǎng)合同時(shí)要求殼體壁溫與管子壁溫差不大(≤50℃)

當(dāng)超過(guò)此應(yīng)加溫度補(bǔ)償裝置，通常是加一膨脹節(jié)這種裝置只能用在管壁與殼體壁溫差低于60～70℃及殼程壓力不高的場(chǎng)合。固定管板式換熱器222、浮頭式換熱器

優(yōu)點(diǎn)：1.管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)；

2.管束可在殼體內(nèi)自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，制造安裝要求高。2、浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：1.管束可以從殼體中抽出23

適用于殼程流體易結(jié)垢，或殼體壁溫與管壁溫之差較大的場(chǎng)合，但要求管程流體較清潔，不易結(jié)垢。3、U型管式換熱器適用于殼程流體易結(jié)垢，或殼體壁溫324優(yōu)點(diǎn)：具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比浮式簡(jiǎn)單，制造方便，易于檢修清洗常用于一些腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常更換管束的場(chǎng)合。

4、填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)425缺點(diǎn)：密封性能差，故殼程中不宜處理易燃，易爆或有毒的流體同時(shí)要求殼程流體的壓力不宜過(guò)高缺點(diǎn)：26（二）流程安排的一般原則：

1.易結(jié)垢流體應(yīng)走易于清洗的一側(cè)。

2.在設(shè)計(jì)上需要提高流體的速度時(shí),應(yīng)將需要提高流速的流體放在管程。

3.具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程。

4.耐高壓的流體應(yīng)走管程。

5.具有飽和蒸汽冷凝的換熱器，飽和蒸汽應(yīng)走殼程

6.粘度大的流體走殼程（二）流程安排的一般原則：27（三）加熱劑或冷卻劑的選擇

一般情況下用作加熱劑或冷卻劑的流體應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

特殊情況下需要設(shè)計(jì)者自行選擇。在化工生產(chǎn)中，水是常用的冷卻劑，飽和水蒸氣是常用的加熱劑。（Why？）（三）加熱劑或冷卻劑的選擇28（四）流體進(jìn)出口溫度的確定

工藝流體的進(jìn)出口溫度是工藝條件所定的。

加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度也是由此確定，但其出口溫度有時(shí)可由設(shè)計(jì)者選定。該溫度直接影響加熱劑或冷卻劑的用量以及換熱器的大小，因而這個(gè)溫度的確定有一個(gè)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化問(wèn)題。（四）流體進(jìn)出口溫度的確定29（一）估算傳熱面積

1、換熱器的熱流量換熱器的熱流量是指在確定的物流進(jìn)口條件下，使其達(dá)到規(guī)定的出口狀態(tài)冷熱流體間所交換的熱量，或是通過(guò)冷熱流體的間壁所傳遞的熱量。

二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）估算傳熱面積二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30

在忽略熱損失的條件下，對(duì)于無(wú)相變的工藝物流，換熱器的熱流量由下式確定：

Q1=m1Cp1△t1(3-1)

式中Q1——熱流量，W；

m1

——工藝流體的質(zhì)量流量，kg/s；

Cp1——工藝流體的定壓比熱容kJ/(kg.k)

△t1——工藝流體的溫度變化，K在忽略熱損失的條件下，對(duì)于無(wú)相變的工藝物流，換熱器的31

對(duì)于有相變化的單組分飽和蒸汽冷凝過(guò)程則依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝熱確定

Q1=D1r1(3-2)

式中D1

——蒸汽冷凝質(zhì)量流量，kg/s；

r1

——

飽和蒸汽的冷凝熱，kJ/kg.對(duì)于有相變化的單組分飽和蒸汽冷凝過(guò)程則依冷凝量和冷凝322、加熱劑或冷卻劑用量加熱劑或冷卻劑用量取決于工藝流體所需的熱量及加熱劑或冷卻劑的出口溫度；

此外還和設(shè)備的熱損失有關(guān)。

對(duì)于工藝流體被加熱的情況，加熱劑所放出的熱量等于工藝流體所吸收的熱量與損失的熱量之和，即：2、加熱劑或冷卻劑用量33即

Q2=Q1+Q3(3-3)

式中

Q1——工藝流體所吸收的熱量，w；

Q2——加熱劑所放出的熱量，w；

Q3——損失的熱流量，w即Q2=Q1+Q334

若以水蒸氣作為加熱介質(zhì)，則水蒸氣的用量可用下式確定

W=Q2/rw式中

W——水蒸氣的流量，kg/s；

rW——水蒸氣冷凝熱,kJ/kg

若以水蒸氣作為加熱介質(zhì)，則水蒸氣的用量可用下式確定35若以無(wú)相變流體作為加熱劑，則用量如下

m2=Q2/Cp2△t2

（3-4）式中

m2——加熱劑質(zhì)量流量，kg/s；

Cp2——加熱劑定壓比熱容，kJ/(kg.k)；△t2

——加熱劑的進(jìn)出口溫度變化，k。

若以無(wú)相變流體作為加熱劑，則用量如下36

對(duì)于工藝流體被冷卻的情況：工藝流體所放出的熱量=冷卻劑所吸收的熱量

+熱損失；

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，常忽略熱損失，計(jì)算冷卻水用量公式

m3=Q1/Cp3△t3

（3-5）

對(duì)于工藝流體被冷卻的情況：37m3=Q1/Cp3△t3

（3-5）式中

m3——冷卻劑質(zhì)量流量，kg/s

Cp3——冷卻劑定壓比熱容，kJ/(kg·k)△t3——冷卻劑進(jìn)出口溫度的變化，k

關(guān)于換熱設(shè)備熱損失的計(jì)算可參考有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，一般近似取換熱器熱流量的3%～5%m3=Q1/Cp3△t3（3-5）383、平均傳熱溫差

平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動(dòng)力。其與流體的進(jìn)出口溫度和流體的流型有關(guān)。對(duì)于列管式換熱器，常見(jiàn)的流型有三種：

并流、逆流和折流對(duì)于并流和逆流，平均傳熱溫差均可用換熱器兩端流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差表示

△tm=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)

式中△tm——逆流或并流的平均傳熱溫差，k；3、平均傳熱溫差39圖3-6列管式換熱器內(nèi)流型△t1，△t2可按圖3-6所示進(jìn)行計(jì)算圖3-6列管式換熱器內(nèi)流型△t1，△t2可按圖3-6所示40折流情況下的平均傳熱溫差可先按純逆流情況計(jì)算，然后加以校正，即

△tm=ε△t△tm逆

式中△tm——折流情況下的平均傳熱溫差,k

ε△t——溫差校正系數(shù)在工程上，若無(wú)特殊需求，都普遍采用逆流傳熱。折流情況下的平均傳熱溫差可先按純逆流情況計(jì)算，然后加以校正，414、估算傳熱面積

Ap=Q/K△tmAp——估算的傳熱面積，m2；

K——假設(shè)的傳熱系數(shù)，w/(m2.k)；△tm——平均傳熱溫差，k思考：如何強(qiáng)化傳熱效果？4、估算傳熱面積思考：如何強(qiáng)化傳熱效果？42（二）選擇管徑和管內(nèi)流速管徑選擇基本原則：若選擇較小的管徑，管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以提高，而且對(duì)于同樣的傳熱面積來(lái)說(shuō)可減少殼體直徑。但管徑小，流動(dòng)阻力大，機(jī)械清洗困難。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況用適宜的管徑。目前國(guó)內(nèi)常用的換熱管規(guī)格和尺寸偏差見(jiàn)表3-2。（二）選擇管徑和管內(nèi)流速43管內(nèi)流速選擇：要求：應(yīng)使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，即Re>10000。若流速過(guò)大，易引起管子強(qiáng)烈振動(dòng)；流速過(guò)小，傳熱系數(shù)較小。管內(nèi)流速選擇：44換熱器的單程管子數(shù)：（3-9）式中

ns——單程管子數(shù)目；

v——管程流體的體積流量，

m3/s；

di——傳熱管內(nèi)徑，m；

u——管內(nèi)流體流速，m/s。

（三）選擇管長(zhǎng)、確定管程數(shù)和總管數(shù)換熱器的單程管子數(shù)：（三）選擇管長(zhǎng)、確定管程數(shù)和總管數(shù)45可求得按單程換熱器計(jì)算所得的管子長(zhǎng)度：

(3-10)

式中L——按單程管子計(jì)算的管子的長(zhǎng)度，md0——管子外徑，m如果按單程計(jì)算的管子太長(zhǎng)，則應(yīng)采用多管程?？汕蟮冒磫纬虛Q熱器計(jì)算所得的管子長(zhǎng)度：46確定了每程管子長(zhǎng)度之后，可求得管程數(shù)

(3-11)

式中L——按單程換熱器計(jì)算的管子長(zhǎng)度m；

l——選取的每程管子長(zhǎng)度，m；

Np——管程數(shù)（必須取整數(shù)）

若采用多管程，則應(yīng)按實(shí)際情況選擇每程管子的長(zhǎng)度。確定了每程管子長(zhǎng)度之后，可求得管程數(shù)若采用多管程，則應(yīng)按實(shí)47

換熱器的總傳熱管數(shù)為

NT=Npns(3-12)

式中

NT——換熱器的總管數(shù)。

列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件48（四）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)若選用多管程換熱器，可提高管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時(shí)也增加了換熱器的阻力，并損失部分傳熱溫差。

這種情況下的平均傳熱溫差下式計(jì)算：△tm=ε△t△tm逆可由R、P值按3-7~圖3-10查取，一般要求其值不低于0.8（四）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)可由R、P值按3-7~圖3-149

（3-13a)

(3-13b)式中

T1

、T2——熱流體進(jìn)出口溫度,℃

t1、t2

——冷流體進(jìn)出口溫度，℃思考：當(dāng)P=0.4，R=1.8時(shí)，對(duì)于單殼程、四管程的換熱器，其溫度校正系數(shù)為多少？（3-1350列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件51列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件52傳熱管在管板上的排列有三種基本形式：正三角形、正四邊形和同心圓排列。如圖，

（五）管子排列傳熱管在管板上的排列有三種基本形式：（五）管子排列53（六）管心距管板上兩傳熱管中心距離稱為管心距。脹接時(shí)，取管心距

焊接時(shí)，取管心距t=1.25d0

（六）管心距脹接時(shí)，取管心距焊接時(shí)，取管心距54

一般情況下，隔板中心到離其最近一排管中心的距離用下式計(jì)算

于是可求各程相鄰管子的管心距為2s。

一般情況下，隔板中心到離其最近一排管中心的距離用下式55（七）管束的分程方法要求：各程管子數(shù)應(yīng)大致相等，隔板形式要簡(jiǎn)單，密封長(zhǎng)度要短。（七）管束的分程方法56列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件57列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件58（八）殼體內(nèi)徑換熱器殼體內(nèi)徑取決于傳熱管數(shù)、管心距和傳熱管的排列方式。對(duì)于單管程換熱器殼體內(nèi)徑由下式確定

D=t(b-1)+(2～3)d0

式中t——管心距，mm；

d0——傳熱管外徑，mm。

b與管子的排列方式有關(guān)。（八）殼體內(nèi)徑59列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件60（九）折流板和支撐板作用：增大殼程流體的流速，加大其湍動(dòng)程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，支撐換熱管。（九）折流板和支撐板作用：增大殼程流體的流速，加大其湍動(dòng)程度61

折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類。橫向折流板同時(shí)兼有支撐傳熱管，防止產(chǎn)生震動(dòng)的作用。常用的形式有弓形折流板和圓盤-圓環(huán)形折流板。

弓形折流板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，在實(shí)際中最常用。

折流板間距，在阻力允許的條件下盡可能小。（Why？）折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類。常用的形式有弓62

臥式換熱器弓形折流板的圓缺面可以水平或垂直裝配，如下圖所示。

臥式換熱器弓形折流板的圓缺面可以水平或垂直裝配，如下63

（十）其他主要附件

1、旁路擋板

作用：防止由于殼體和管束之間的環(huán)隙過(guò)大，流體通過(guò)環(huán)隙短路。（十）其他主要附件作用：防止由于殼體和管束之間的環(huán)隙過(guò)大64

作用：防止殼程進(jìn)口處流體直接沖擊換熱管，產(chǎn)生沖蝕。設(shè)置位置：在殼程物料進(jìn)口處。

2、防沖擋板作用：防止殼程進(jìn)口處流體直接沖擊換熱管，2、防65

（十一）接管管程流體進(jìn)出口接管不宜采用軸向接管。如必須采用軸向接管時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置管程防沖擋板，以防止流體分布不均或?qū)芏说那治g。（十一）接管66

換熱器的核算主要包括換熱器的熱流量，傳熱管壁溫和流體阻力（一）熱流量核算核算目的：檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的換熱器能否達(dá)到所規(guī)定的熱流量，并留有一定傳熱面積裕度。列管式換熱器傳熱面積以傳熱管外表面為準(zhǔn)。（Why？）三、換熱器核算換熱器的核算主要包括換熱器的熱流量，傳熱管壁溫和流體67

式中K——傳熱系數(shù)，W/m2K；

a0

——?dú)こ瘫砻鎮(zhèn)鳠嵯礧/m2K；

R0——?dú)こ涛酃笩嶙?，m2K/W；

Rw——管壁熱阻，m2K/W；

Ri

——管程污垢熱阻，m2K/W；

d0——傳熱管外徑，m；

di——傳熱管內(nèi)徑，m；

dm——傳熱管平均直徑，m；

ai——管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2.K。（3-21）規(guī)定:式中K——傳熱系數(shù)，W/m2K；（3-21）規(guī)定:68列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件69式中：t——管間距，md0——傳熱管外徑，m式中：t——管間距，m70雷諾數(shù)：Re0=deu0ρ/μ,μ0=V0/S0

式中V0——?dú)こ塘黧w的體積流量，m3/s

S=BD(1-d0/t)S——?dú)こ塘魍ń孛娣e；

B——折流板間距，m；

D——?dú)んw內(nèi)徑

d0——管子外徑，mt——管子間距，m雷諾數(shù)：Re0=deu0ρ/μ,μ0=V0/S071

式3-22適用條件是Re=2×(103～106),弓形折流板圓缺高度為直徑的1/4

若圓缺高度為其它值時(shí)，用圖3-19求出傳熱因子jH,并用下式求出殼程表面系數(shù)

a0=jHλ/de(pr)1/3(μ/μw)0.14式3-22適用條件是Re=2×(103～106),72（2）殼程為飽和蒸汽冷凝

水平管束冷凝a*=a0(μ２／ρ２gλ3)1/3

式中a*——無(wú)量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

a0——冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2.KRe=4M/μ,M=m/Lns

式中

m——冷凝液質(zhì)量流量，kg/s

L——傳熱管長(zhǎng)度，m

ns——當(dāng)量管束，m（2）殼程為飽和蒸汽冷凝水平管束冷凝73列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件74列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件753、污垢熱阻和管壁熱阻

管壁熱阻取決于傳熱管壁厚度和材料，其值為RW=b/λw

式中b—傳熱管壁厚，mλw—管壁熱導(dǎo)率，m.K/W

常用金屬熱導(dǎo)率見(jiàn)下表3、污垢熱阻和管壁熱阻764、換熱器面積裕度

在規(guī)定熱流量下，計(jì)算了傳熱系數(shù)Kc和平均傳熱溫差后，則與Kc對(duì)應(yīng)的計(jì)算傳熱面積為Ac=Q1/Kc△tm

根據(jù)Ac，Ap可求出該換熱器的面積裕度H=Ap-Ac/Ac

式中H—換熱器面積裕度

Ap—實(shí)際傳熱面積，m2Ac—計(jì)算傳熱面積，m2一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于15%～20%4、換熱器面積裕度在規(guī)定熱流量下，計(jì)算了傳熱系數(shù)Kc和77（二）傳熱管和殼體壁溫核算

對(duì)于穩(wěn)定的傳熱過(guò)程，若忽略污垢熱阻，則有式中Q——換熱器熱流量,Ｗ

Tm——熱流體平均溫度，℃

Tw——熱流體管壁溫度，℃

tm——冷流體平均溫度，℃

tw——冷流體管壁溫度，℃

αh

——熱流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，Ｗ／m2.KQ=αhAh(Tm-Tw)=αcAc(tw-tm)

（二）傳熱管和殼體壁溫核算對(duì)于穩(wěn)定的傳熱過(guò)程，若忽略污垢78ac—冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠崮は禂?shù)，Ｗ／m2.KAh—熱流體側(cè)的傳熱面積，m2Ac—冷流體側(cè)的傳熱面積，m2

因此有考慮污垢熱阻影響ac—冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠崮は禂?shù)，Ｗ／m2.K79

Ｒh，Rc—分別為熱流體和冷流體污垢熱,m2.K/W

一般情況下，管壁溫度可取為：

當(dāng)管壁熱阻小，可忽略不計(jì)，則可依下式計(jì)算管壁溫度

Ｒh，Rc—分別為熱流體和冷流體污垢熱,m2.K/80

液體平均溫度（過(guò)度流及湍流）

Tm=0.4T1+0.6T2tm=0.4t2+0.6t1

液體（層流階段）及氣體平均溫度

Tm=1/2(T1+T2)tm=1/2(t1+t2)

式中T1—熱流體進(jìn)口溫度，℃

T2—熱流體出口溫度，℃

t1—冷流體進(jìn)口溫度，℃

t2—冷流體處口溫度，℃液體平均溫度（過(guò)度流及湍流）81（三）換熱器內(nèi)流體阻力計(jì)算1、管程阻力管程流體阻力等于流體流經(jīng)傳熱管直管阻力和換熱器管程局部阻力之和，即Δpt=(Δpi+ΔpT)NsNpFs

式中△pi——單管程直管阻力△Pr——局部阻力

Ns——?dú)こ虜?shù)

Np——管程數(shù)（三）換熱器內(nèi)流體阻力計(jì)算1、管程阻力82△Pt——管程總阻力

Fs——管程結(jié)垢校正系數(shù)，可近似取1.5

其中，直管阻力和局部阻力計(jì)算如下△Pi=λilρu2/2di△Pr=ζρu2/2

式中λi—摩擦系數(shù)；l—傳熱管長(zhǎng)度，mdi—傳熱管內(nèi)徑,m；u—流體流速,m/sρ—流體密度,kg/m3；ζ—局部阻力系數(shù)△Pt——管程總阻力832、殼程阻力

埃索法如下△Ps=[△P0+△Pi]FsNs式中△Ps—?dú)こ炭傋枇Γ琾a△P0—流體流過(guò)管束的阻力，pa△Pi—流體流過(guò)折流板缺口阻力paFs—?dú)こ探Y(jié)垢校正系數(shù)（對(duì)液體為1.15，對(duì)氣體為1.0）

Ns—?dú)こ虜?shù)2、殼程阻力埃索法如下84列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件85列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件86列管換熱器設(shè)計(jì)示例列管換熱器設(shè)計(jì)示例87設(shè)計(jì)計(jì)算基本步驟（續(xù)）設(shè)計(jì)計(jì)算基本步驟（續(xù)）88(8)計(jì)算管子數(shù)和管長(zhǎng)，對(duì)管子進(jìn)行排列，確定殼體直徑

(9)根據(jù)管長(zhǎng)與殼體直徑的比值，確定管程數(shù)：

(10)計(jì)算管程和殼程壓力降，若壓力降不符合要求，調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板的間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓力降直至滿足要求為止；設(shè)計(jì)計(jì)算基本步驟（續(xù)）(8)計(jì)算管子數(shù)和管長(zhǎng)，對(duì)管子進(jìn)行排列，確定殼體直徑設(shè)計(jì)89(11)計(jì)算管程和殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計(jì)算得到總傳熱系數(shù)K’，比較初設(shè)值K與計(jì)算值K’，若K／K’＝1.15～1.25，則初選或初步設(shè)計(jì)的換熱器合適；

如果不滿足上述要求，用計(jì)算值代替初設(shè)值，從步驟(6)起，重復(fù)以上計(jì)算，直到滿足要求為止。上述步驟為一般原則，設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，可視具體情況靈活變動(dòng)。設(shè)計(jì)計(jì)算基本步驟（續(xù)）(11)計(jì)算管程和殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計(jì)算得到90第三節(jié)再沸器工藝設(shè)計(jì)一、再沸器作用：使塔底釜液部分氣化，從而實(shí)現(xiàn)精餾塔內(nèi)氣液兩相間的熱量及質(zhì)量傳遞。第三節(jié)再沸器工藝設(shè)計(jì)一、再沸器作用：使塔底釜液部分氣化，911.立式熱虹吸式再沸器優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)高，釜液在加熱段停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)：（1）為產(chǎn)生液體循環(huán)所需的壓頭，這種精餾塔的裙座較高。（2）殼程不能機(jī)械清洗，因此不適用與高粘度或較臟的加熱介質(zhì)。工作原理：利用密度差形成循環(huán)推動(dòng)力1.立式熱虹吸式再沸器優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)高，釜液在加熱段停留時(shí)間922.臥式熱虹吸式再沸器2.臥式熱虹吸式再沸器93工作原理：依靠泵輸入機(jī)械功進(jìn)行流體的循環(huán)。適用場(chǎng)合：高粘度液體、熱敏性物料、固體懸浮液及低蒸發(fā)比的高阻力系統(tǒng)。3.強(qiáng)制循環(huán)式工作原理：依靠泵輸入機(jī)械功進(jìn)行流體的循環(huán)。3.強(qiáng)制循環(huán)式944.釜式再沸器

由一個(gè)帶有氣液分離空間的殼體和一個(gè)可抽出的管束組成。管束末端有溢流堰，以保證管束能有效的浸沒(méi)在液體中。溢流堰外側(cè)空間作為出料液體的緩沖區(qū)。4.釜式再沸器由一個(gè)帶有氣液分離空間的殼體和一個(gè)可95優(yōu)點(diǎn)：對(duì)流體力學(xué)參數(shù)不敏感，可靠性高；可在高真空下操作，維護(hù)與清理方便；缺點(diǎn)：傳熱系數(shù)?。徽嫉孛娣e大；液體在釜內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，易結(jié)垢優(yōu)點(diǎn)：對(duì)流體力學(xué)參數(shù)不敏感，可靠性高；可在高真空下操作，維護(hù)96列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件975.內(nèi)置式再沸器將再沸器的管束直接置于塔釜內(nèi)而成優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比釜式再沸器低缺點(diǎn)：塔釜空間容積有限，傳熱面積不能太大，傳熱效果不夠理想5.內(nèi)置式再沸器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比釜式再沸器低98換熱器的外形換熱器的外形99換熱器的管束換熱器的管束100第一節(jié)概述

目錄第二節(jié)無(wú)相變換熱器工藝設(shè)計(jì)第一節(jié)概述目錄第二節(jié)無(wú)相變換熱器工藝設(shè)計(jì)101一、列管式換熱器的應(yīng)用二、列管式換熱器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第一節(jié)概述一、列管式換熱器的應(yīng)用二、列管式換熱器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第一節(jié)概述102

一、列管式換熱器的應(yīng)用1.換熱器定義：使熱量從熱流體傳遞到冷流體（或反之）的設(shè)備。2.應(yīng)用（1）日常生活（2）航空航天（3）石油化工等行業(yè)一、列管式換熱器的應(yīng)用1.換熱器定義：2.應(yīng)用1033.主要作用（1）使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體（或反之），使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)（2）回收余熱、廢熱，提高熱能總利用率3.主要作用1044.換熱器分類及特點(diǎn)按作用原理或傳熱方式分直接接觸式蓄熱式間壁式4.換熱器分類及特點(diǎn)按作用原理或傳熱方式分直接接觸式蓄熱式間105（1）直接接觸式傳熱效率高、傳熱面積大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，僅適用于工藝允許兩種流體混合的場(chǎng)合。（2）蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、傳熱面大、適合于氣—?dú)饨粨Q，適合于允許有少量流體混合的場(chǎng)合思考：你見(jiàn)過(guò)的直接接觸式換熱器有哪些？（1）直接接觸式思考：你見(jiàn)過(guò)的直接接觸式換熱器有哪些？106

板式換熱器蛇管套管熱管換熱器列管式換熱器板式螺旋板式板殼式換熱器（3）間壁式換熱器管式換熱器其它型式夾套式翅片式分類：板式換熱器蛇管套管熱管換熱器列管式換熱器板式螺旋板式板1073.各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn):(1)板式換熱器:

優(yōu)點(diǎn)：傳熱面積較大，設(shè)備緊湊，材耗低,傳熱系數(shù)大，熱損失小。缺點(diǎn)：

承壓能力較低，工作介質(zhì)的處理量較小且制造加工較復(fù)雜，成本較高。3.各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn):108（2）管式換熱器:

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造比較容易，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，性能可靠，適用面廣等突出優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于化工生產(chǎn)中。（3）列管式換熱器:

在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)較為完整，技術(shù)上比較成熟。（2）管式換熱器:109

列管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收必須遵循中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”鋼制管殼式(即列管式)換熱器”(GB151)執(zhí)行.

二、列管式換熱器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介列管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收必須遵循中華110換熱器的公稱直徑做如下規(guī)定:

卷制圓筒，以圓筒內(nèi)徑作為公稱直徑，mm；鋼管制圓筒，以鋼管外徑作為公稱直徑，mm；換熱器的傳熱面積：是以傳熱管外徑為基準(zhǔn)，計(jì)算所得到的管束外表面積的總和，m2。公稱傳熱面積，指經(jīng)圓整后的計(jì)算傳熱面積。換熱器的公稱直徑做如下規(guī)定:111換熱器的公稱長(zhǎng)度：以傳熱管長(zhǎng)度（m）作為換熱器的公稱長(zhǎng)度。傳熱管為直管時(shí)，取直管長(zhǎng)度；傳熱管為U型管時(shí)，取U型管的直管段長(zhǎng)度。

該標(biāo)準(zhǔn)還將列管式換熱器的主要組成部件為：前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）三部分換熱器的公稱長(zhǎng)度：該標(biāo)準(zhǔn)還將列管式換熱器的主要組成112列管式換熱器型號(hào)的表示方法如下：列管式換熱器型號(hào)的表示方法如下：113列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件114

列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容：

(1)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和要求確定設(shè)計(jì)方案；

(2)初步確定換熱器結(jié)構(gòu)和尺寸；

(3)核算換熱器的傳熱能力及流體阻力；

(4)確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容：115一、設(shè)計(jì)方案選擇二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、換熱器核算第二節(jié)無(wú)相變換熱器工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)方案選擇二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、換熱器核算第二節(jié)無(wú)相變116

設(shè)計(jì)方案的原則是：達(dá)到工藝要求的熱流量操作上要安全可靠結(jié)構(gòu)上要簡(jiǎn)單可維護(hù)性要好盡可能節(jié)省操作費(fèi)用和設(shè)備投資

一、設(shè)計(jì)方案選擇設(shè)計(jì)方案的原則是：一、設(shè)計(jì)方案選擇117

設(shè)計(jì)方案主要包括如下幾個(gè)問(wèn)題：

（一）選擇換熱器的類型（二）流程安排的一般原則（三）加熱劑或冷卻劑的選擇（四）流體進(jìn)出口溫度的確定設(shè)計(jì)方案主要包括如下幾個(gè)問(wèn)題：118

(一)選擇換熱器的類型

1、固定管板式

(一)選擇換熱器的類型119固定管板式換熱器適用于殼體流程清潔，不易結(jié)垢或管外側(cè)污垢能用化學(xué)方法除掉的場(chǎng)合同時(shí)要求殼體壁溫與管子壁溫差不大(≤50℃)

當(dāng)超過(guò)此應(yīng)加溫度補(bǔ)償裝置，通常是加一膨脹節(jié)這種裝置只能用在管壁與殼體壁溫差低于60～70℃及殼程壓力不高的場(chǎng)合。固定管板式換熱器1202、浮頭式換熱器

優(yōu)點(diǎn)：1.管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)；

2.管束可在殼體內(nèi)自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，制造安裝要求高。2、浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：1.管束可以從殼體中抽出121

適用于殼程流體易結(jié)垢，或殼體壁溫與管壁溫之差較大的場(chǎng)合，但要求管程流體較清潔，不易結(jié)垢。3、U型管式換熱器適用于殼程流體易結(jié)垢，或殼體壁溫3122優(yōu)點(diǎn)：具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比浮式簡(jiǎn)單，制造方便，易于檢修清洗常用于一些腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常更換管束的場(chǎng)合。

4、填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)4123缺點(diǎn)：密封性能差，故殼程中不宜處理易燃，易爆或有毒的流體同時(shí)要求殼程流體的壓力不宜過(guò)高缺點(diǎn)：124（二）流程安排的一般原則：

1.易結(jié)垢流體應(yīng)走易于清洗的一側(cè)。

2.在設(shè)計(jì)上需要提高流體的速度時(shí),應(yīng)將需要提高流速的流體放在管程。

3.具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程。

4.耐高壓的流體應(yīng)走管程。

5.具有飽和蒸汽冷凝的換熱器，飽和蒸汽應(yīng)走殼程

6.粘度大的流體走殼程（二）流程安排的一般原則：125（三）加熱劑或冷卻劑的選擇

一般情況下用作加熱劑或冷卻劑的流體應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

特殊情況下需要設(shè)計(jì)者自行選擇。在化工生產(chǎn)中，水是常用的冷卻劑，飽和水蒸氣是常用的加熱劑。（Why？）（三）加熱劑或冷卻劑的選擇126（四）流體進(jìn)出口溫度的確定

工藝流體的進(jìn)出口溫度是工藝條件所定的。

加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度也是由此確定，但其出口溫度有時(shí)可由設(shè)計(jì)者選定。該溫度直接影響加熱劑或冷卻劑的用量以及換熱器的大小，因而這個(gè)溫度的確定有一個(gè)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化問(wèn)題。（四）流體進(jìn)出口溫度的確定127（一）估算傳熱面積

1、換熱器的熱流量換熱器的熱流量是指在確定的物流進(jìn)口條件下，使其達(dá)到規(guī)定的出口狀態(tài)冷熱流體間所交換的熱量，或是通過(guò)冷熱流體的間壁所傳遞的熱量。

二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）估算傳熱面積二、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)128

在忽略熱損失的條件下，對(duì)于無(wú)相變的工藝物流，換熱器的熱流量由下式確定：

Q1=m1Cp1△t1(3-1)

式中Q1——熱流量，W；

m1

——工藝流體的質(zhì)量流量，kg/s；

Cp1——工藝流體的定壓比熱容kJ/(kg.k)

△t1——工藝流體的溫度變化，K在忽略熱損失的條件下，對(duì)于無(wú)相變的工藝物流，換熱器的129

對(duì)于有相變化的單組分飽和蒸汽冷凝過(guò)程則依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝熱確定

Q1=D1r1(3-2)

式中D1

——蒸汽冷凝質(zhì)量流量，kg/s；

r1

——

飽和蒸汽的冷凝熱，kJ/kg.對(duì)于有相變化的單組分飽和蒸汽冷凝過(guò)程則依冷凝量和冷凝1302、加熱劑或冷卻劑用量加熱劑或冷卻劑用量取決于工藝流體所需的熱量及加熱劑或冷卻劑的出口溫度；

此外還和設(shè)備的熱損失有關(guān)。

對(duì)于工藝流體被加熱的情況，加熱劑所放出的熱量等于工藝流體所吸收的熱量與損失的熱量之和，即：2、加熱劑或冷卻劑用量131即

Q2=Q1+Q3(3-3)

式中

Q1——工藝流體所吸收的熱量，w；

Q2——加熱劑所放出的熱量，w；

Q3——損失的熱流量，w即Q2=Q1+Q3132

若以水蒸氣作為加熱介質(zhì)，則水蒸氣的用量可用下式確定

W=Q2/rw式中

W——水蒸氣的流量，kg/s；

rW——水蒸氣冷凝熱,kJ/kg

若以水蒸氣作為加熱介質(zhì)，則水蒸氣的用量可用下式確定133若以無(wú)相變流體作為加熱劑，則用量如下

m2=Q2/Cp2△t2

（3-4）式中

m2——加熱劑質(zhì)量流量，kg/s；

Cp2——加熱劑定壓比熱容，kJ/(kg.k)；△t2

——加熱劑的進(jìn)出口溫度變化，k。

若以無(wú)相變流體作為加熱劑，則用量如下134

對(duì)于工藝流體被冷卻的情況：工藝流體所放出的熱量=冷卻劑所吸收的熱量

+熱損失；

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，常忽略熱損失，計(jì)算冷卻水用量公式

m3=Q1/Cp3△t3

（3-5）

對(duì)于工藝流體被冷卻的情況：135m3=Q1/Cp3△t3

（3-5）式中

m3——冷卻劑質(zhì)量流量，kg/s

Cp3——冷卻劑定壓比熱容，kJ/(kg·k)△t3——冷卻劑進(jìn)出口溫度的變化，k

關(guān)于換熱設(shè)備熱損失的計(jì)算可參考有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，一般近似取換熱器熱流量的3%～5%m3=Q1/Cp3△t3（3-5）1363、平均傳熱溫差

平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動(dòng)力。其與流體的進(jìn)出口溫度和流體的流型有關(guān)。對(duì)于列管式換熱器，常見(jiàn)的流型有三種：

并流、逆流和折流對(duì)于并流和逆流，平均傳熱溫差均可用換熱器兩端流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差表示

△tm=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)

式中△tm——逆流或并流的平均傳熱溫差，k；3、平均傳熱溫差137圖3-6列管式換熱器內(nèi)流型△t1，△t2可按圖3-6所示進(jìn)行計(jì)算圖3-6列管式換熱器內(nèi)流型△t1，△t2可按圖3-6所示138折流情況下的平均傳熱溫差可先按純逆流情況計(jì)算，然后加以校正，即

△tm=ε△t△tm逆

式中△tm——折流情況下的平均傳熱溫差,k

ε△t——溫差校正系數(shù)在工程上，若無(wú)特殊需求，都普遍采用逆流傳熱。折流情況下的平均傳熱溫差可先按純逆流情況計(jì)算，然后加以校正，1394、估算傳熱面積

Ap=Q/K△tmAp——估算的傳熱面積，m2；

K——假設(shè)的傳熱系數(shù)，w/(m2.k)；△tm——平均傳熱溫差，k思考：如何強(qiáng)化傳熱效果？4、估算傳熱面積思考：如何強(qiáng)化傳熱效果？140（二）選擇管徑和管內(nèi)流速管徑選擇基本原則：若選擇較小的管徑，管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以提高，而且對(duì)于同樣的傳熱面積來(lái)說(shuō)可減少殼體直徑。但管徑小，流動(dòng)阻力大，機(jī)械清洗困難。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況用適宜的管徑。目前國(guó)內(nèi)常用的換熱管規(guī)格和尺寸偏差見(jiàn)表3-2。（二）選擇管徑和管內(nèi)流速141管內(nèi)流速選擇：要求：應(yīng)使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，即Re>10000。若流速過(guò)大，易引起管子強(qiáng)烈振動(dòng)；流速過(guò)小，傳熱系數(shù)較小。管內(nèi)流速選擇：142換熱器的單程管子數(shù)：（3-9）式中

ns——單程管子數(shù)目；

v——管程流體的體積流量，

m3/s；

di——傳熱管內(nèi)徑，m；

u——管內(nèi)流體流速，m/s。

（三）選擇管長(zhǎng)、確定管程數(shù)和總管數(shù)換熱器的單程管子數(shù)：（三）選擇管長(zhǎng)、確定管程數(shù)和總管數(shù)143可求得按單程換熱器計(jì)算所得的管子長(zhǎng)度：

(3-10)

式中L——按單程管子計(jì)算的管子的長(zhǎng)度，md0——管子外徑，m如果按單程計(jì)算的管子太長(zhǎng)，則應(yīng)采用多管程?？汕蟮冒磫纬虛Q熱器計(jì)算所得的管子長(zhǎng)度：144確定了每程管子長(zhǎng)度之后，可求得管程數(shù)

(3-11)

式中L——按單程換熱器計(jì)算的管子長(zhǎng)度m；

l——選取的每程管子長(zhǎng)度，m；

Np——管程數(shù)（必須取整數(shù)）

若采用多管程，則應(yīng)按實(shí)際情況選擇每程管子的長(zhǎng)度。確定了每程管子長(zhǎng)度之后，可求得管程數(shù)若采用多管程，則應(yīng)按實(shí)145

換熱器的總傳熱管數(shù)為

NT=Npns(3-12)

式中

NT——換熱器的總管數(shù)。

列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件146（四）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)若選用多管程換熱器，可提高管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時(shí)也增加了換熱器的阻力，并損失部分傳熱溫差。

這種情況下的平均傳熱溫差下式計(jì)算：△tm=ε△t△tm逆可由R、P值按3-7~圖3-10查取，一般要求其值不低于0.8（四）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)可由R、P值按3-7~圖3-1147

（3-13a)

(3-13b)式中

T1

、T2——熱流體進(jìn)出口溫度,℃

t1、t2

——冷流體進(jìn)出口溫度，℃思考：當(dāng)P=0.4，R=1.8時(shí)，對(duì)于單殼程、四管程的換熱器，其溫度校正系數(shù)為多少？（3-13148列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件149列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件150傳熱管在管板上的排列有三種基本形式：正三角形、正四邊形和同心圓排列。如圖，

（五）管子排列傳熱管在管板上的排列有三種基本形式：（五）管子排列151（六）管心距管板上兩傳熱管中心距離稱為管心距。脹接時(shí)，取管心距

焊接時(shí)，取管心距t=1.25d0

（六）管心距脹接時(shí)，取管心距焊接時(shí)，取管心距152

一般情況下，隔板中心到離其最近一排管中心的距離用下式計(jì)算

于是可求各程相鄰管子的管心距為2s。

一般情況下，隔板中心到離其最近一排管中心的距離用下式153（七）管束的分程方法要求：各程管子數(shù)應(yīng)大致相等，隔板形式要簡(jiǎn)單，密封長(zhǎng)度要短。（七）管束的分程方法154列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件155列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件156（八）殼體內(nèi)徑換熱器殼體內(nèi)徑取決于傳熱管數(shù)、管心距和傳熱管的排列方式。對(duì)于單管程換熱器殼體內(nèi)徑由下式確定

D=t(b-1)+(2～3)d0

式中t——管心距，mm；

d0——傳熱管外徑，mm。

b與管子的排列方式有關(guān)。（八）殼體內(nèi)徑157列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件158（九）折流板和支撐板作用：增大殼程流體的流速，加大其湍動(dòng)程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，支撐換熱管。（九）折流板和支撐板作用：增大殼程流體的流速，加大其湍動(dòng)程度159

折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類。橫向折流板同時(shí)兼有支撐傳熱管，防止產(chǎn)生震動(dòng)的作用。常用的形式有弓形折流板和圓盤-圓環(huán)形折流板。

弓形折流板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，在實(shí)際中最常用。

折流板間距，在阻力允許的條件下盡可能小。（Why？）折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類。常用的形式有弓160

臥式換熱器弓形折流板的圓缺面可以水平或垂直裝配，如下圖所示。

臥式換熱器弓形折流板的圓缺面可以水平或垂直裝配，如下161

（十）其他主要附件

1、旁路擋板

作用：防止由于殼體和管束之間的環(huán)隙過(guò)大，流體通過(guò)環(huán)隙短路。（十）其他主要附件作用：防止由于殼體和管束之間的環(huán)隙過(guò)大162

作用：防止殼程進(jìn)口處流體直接沖擊換熱管，產(chǎn)生沖蝕。設(shè)置位置：在殼程物料進(jìn)口處。

2、防沖擋板作用：防止殼程進(jìn)口處流體直接沖擊換熱管，2、防163

（十一）接管管程流體進(jìn)出口接管不宜采用軸向接管。如必須采用軸向接管時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置管程防沖擋板，以防止流體分布不均或?qū)芏说那治g。（十一）接管164

換熱器的核算主要包括換熱器的熱流量，傳熱管壁溫和流體阻力（一）熱流量核算核算目的：檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的換熱器能否達(dá)到所規(guī)定的熱流量，并留有一定傳熱面積裕度。列管式換熱器傳熱面積以傳熱管外表面為準(zhǔn)。（Why？）三、換熱器核算換熱器的核算主要包括換熱器的熱流量，傳熱管壁溫和流體165

式中K——傳熱系數(shù)，W/m2K；

a0

——?dú)こ瘫砻鎮(zhèn)鳠嵯礧/m2K；

R0——?dú)こ涛酃笩嶙瑁琺2K/W；

Rw——管壁熱阻，m2K/W；

Ri

——管程污垢熱阻，m2K/W；

d0——傳熱管外徑，m；

di——傳熱管內(nèi)徑，m；

dm——傳熱管平均直徑，m；

ai——管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2.K。（3-21）規(guī)定:式中K——傳熱系數(shù)，W/m2K；（3-21）規(guī)定:166列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件167式中：t——管間距，md0——傳熱管外徑，m式中：t——管間距，m168雷諾數(shù)：Re0=deu0ρ/μ,μ0=V0/S0

式中V0——?dú)こ塘黧w的體積流量，m3/s

S=BD(1-d0/t)S——?dú)こ塘魍ń孛娣e；

B——折流板間距，m；

D——?dú)んw內(nèi)徑

d0——管子外徑，mt——管子間距，m雷諾數(shù)：Re0=deu0ρ/μ,μ0=V0/S0169

式3-22適用條件是Re=2×(103～106),弓形折流板圓缺高度為直徑的1/4

若圓缺高度為其它值時(shí)，用圖3-19求出傳熱因子jH,并用下式求出殼程表面系數(shù)

a0=jHλ/de(pr)1/3(μ/μw)0.14式3-22適用條件是Re=2×(103～106),170（2）殼程為飽和蒸汽冷凝

水平管束冷凝a*=a0(μ２／ρ２gλ3)1/3

式中a*——無(wú)量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

a0——冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2.KRe=4M/μ,M=m/Lns

式中

m——冷凝液質(zhì)量流量，kg/s

L——傳熱管長(zhǎng)度，m

ns——當(dāng)量管束，m（2）殼程為飽和蒸汽冷凝水平管束冷凝171列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件172列管換熱器工藝設(shè)計(jì)課件1733、污垢熱阻和管壁熱阻

管壁熱阻取決于傳熱管壁厚度和材料，其值為RW=b/λw

式中b—傳熱管壁厚，mλw—管壁熱導(dǎo)率，m.K/W

常用金屬熱導(dǎo)率見(jiàn)下表3、污垢熱阻和管壁熱阻1744、換熱器面積裕度

在規(guī)定熱流量下，計(jì)算了傳熱系數(shù)Kc和平均傳熱溫差后，則與Kc對(duì)應(yīng)的計(jì)算傳熱面積為Ac=Q1/Kc△tm

根據(jù)Ac，Ap可求出該換熱器的面積裕度H=Ap-Ac/Ac

式中H—換熱器面積裕度

Ap—實(shí)際傳熱面積，m2Ac—計(jì)算傳熱面積，m2一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于15%～20%4、換熱器面積裕度在規(guī)定熱流量下，計(jì)算了傳熱系數(shù)Kc和175（二）傳熱管和殼體壁溫核算

對(duì)于穩(wěn)定的傳熱過(guò)程，若忽略污垢熱阻，則有式中Q——換熱器熱流量,Ｗ

Tm——熱流體平均溫度，℃

Tw——熱流體管壁溫度，℃

tm——冷流體平均溫度，℃

tw——冷流體管壁溫度，℃

αh

——熱流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，Ｗ／m2.KQ=αhAh(Tm-Tw)=αcAc(tw-tm)

（二）傳熱管和殼體壁溫核算對(duì)于穩(wěn)定的傳熱過(guò)程，若忽略污垢176ac—冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠?/p>