列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則

1、5.7.3列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則換熱器的設(shè)計(jì)即是通過(guò)傳熱過(guò)程計(jì)算確定經(jīng)濟(jì)合理的傳熱面積以及換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸，以完成生產(chǎn)工藝中所要求的傳熱任務(wù)。換熱器的選用也是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算所需的傳熱面積，選擇合適的換熱器。由于參與換 熱流體特性的不同，換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的差異，因此為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)或選用換熱器時(shí)需要考慮多方面的因素，進(jìn)行一系列的選擇，并通過(guò)比較才能設(shè)計(jì)或選用出經(jīng)濟(jì)上合理和技術(shù)上可行的換熱器。 本節(jié)將以列管式換熱器為例，說(shuō)明換熱器選用或設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。一、流體通道的選擇流體通道的選擇可參考以下原則進(jìn)行：1 .不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子；2 .腐蝕性

2、流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗；3. 高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量；4. 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程；5. 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；6. 有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；7. 粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流體流向和流速不斷改變，在 很低的雷諾數(shù)（Re<100）下即可達(dá)到湍流，可提高對(duì)流傳熱系數(shù)。但是有時(shí)在動(dòng)力設(shè)備允許的條件下，將上述流 體通入多管程中也可得到較高的對(duì)流傳熱系數(shù)。在選擇流體通道時(shí)，以上各點(diǎn)常常不能兼顧，

3、在實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)抓住主要矛盾。如首先要考慮流體的壓力、 腐蝕性和清洗等要求，然后再校核對(duì)流傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)等，以便作出合理的選擇。二、流體流速的選擇換熱器中流體流速的增加，可使對(duì)流傳熱系數(shù)增加，有利于減少污垢在管子表面沉積的可能性，即降低污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大。然而流速的增加又使流體流動(dòng)阻力增大，動(dòng)力消耗增大。因此，適宜的流體流速 需通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定。充分利用系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的允許壓降來(lái)提高流速是換熱器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。在選擇流體流速時(shí)，除了經(jīng)濟(jì)核算以外，還應(yīng)考慮換熱器結(jié)構(gòu)上的要求。表5-4給出工業(yè)上的常用流速范圍。除此之外，還可按照液體的粘度選擇流速，按材料選擇容許流速以及按照液體的

4、易燃、易爆程度選擇安全允許流速。三、流體兩端溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問(wèn)題。若其中一流體僅已知進(jìn)口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計(jì)者來(lái)確定。例如用冷水冷卻一熱流體， 冷水的進(jìn)口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件作出估計(jì)，而其出口溫度則可根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定：為了節(jié)省冷水量，可使出口溫度提高一些，但是傳熱面 積就需要增加；為了減小傳熱面積，則需要增加冷水量。兩者是相互矛盾的。一般來(lái)說(shuō)，水源豐富的地區(qū)選用較 小的溫差，缺水地區(qū)選用較大的溫差。不過(guò)，工業(yè)冷卻用水的出口溫度一般不宜高于45C,因?yàn)楣I(yè)用水中所含的部分鹽類(lèi)（如 CaCO3 CaSO4 MgCO3 Mg

5、SO待）的溶解度隨溫度升高而減小，如出口溫度過(guò)高，鹽類(lèi)析 出，將形成傳熱性能很差的污垢，而使傳熱過(guò)程惡化。如果是用加熱介質(zhì)加熱冷流體，可按同樣的原則選擇加熱 介質(zhì)的出口溫度。四、管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定小直徑管子能使單位體積的傳熱面積大，因而在同樣體積內(nèi)可布置更多的傳熱面?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)傳熱面積一定時(shí)，采用小管徑可使管子長(zhǎng)度縮短，增強(qiáng)傳熱，易于清洗。但是減小管徑將使流動(dòng)阻力增加，容易積垢。對(duì) 于不清潔、易結(jié)垢或粘度較大的流體，宜采用較大的管徑。因此，管徑的選擇要視所用材料和操作條件而定，總 的趨向是采用小直徑管子。管長(zhǎng)的選擇是以合理使用管材和清洗方便為原則。國(guó)產(chǎn)管材的長(zhǎng)度一般為6m,因此

6、管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中換熱管的長(zhǎng)度分為1.5、2、3或6m幾種，常用3m或6m的規(guī)格。長(zhǎng)管不易清洗，且易彎曲。此外，管長(zhǎng)L與殼體D的比例應(yīng)適當(dāng)，一般 L/D=46。 管子的排列方式有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列三種。等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大；正方形直列比較松散，對(duì)流傳熱系數(shù)較三角形排列時(shí)低，但管外壁清洗方便，適用 于殼程流體易結(jié)垢的場(chǎng)合；正方形錯(cuò)列則介于上述兩者之間，對(duì)流傳熱系數(shù)較直列高。管子在管板上的間距t跟管子與管板的連接方式有關(guān)：脹管法一般取t= (1.31.5 ) do,且相鄰兩管外壁的間距不小于 6mm焊接法取t=1.25do。換熱器殼體內(nèi)徑應(yīng)

7、等于或稍大于管板的直徑。通常是根據(jù)管徑、管數(shù)、管間距及管子的排列方式用作圖法確定。五、管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)流體的流量較小而所需的傳熱面積較大時(shí)，需要管數(shù)很多，這可能會(huì)使流速降低，對(duì)流傳熱系數(shù)減小。為了提高流速，可采用多管程。但是管程數(shù)過(guò)多將導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，平均溫差下降，同時(shí)由于隔板占據(jù)一定面 積，使管板上可利用的面積減少。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。采用多管程時(shí)，一般應(yīng)使各程管數(shù)大致相同。當(dāng)列管式換熱器的溫差修正系數(shù)時(shí)，可采用多殼程，如殼體內(nèi)安裝與管束平行的隔板。但由于在殼體內(nèi)縱向隔板的制造、 安裝和檢修都比較困難， 故一般將殼體分為兩個(gè)或多個(gè)，將所需總管數(shù)分裝在直徑相等而較小的殼體中，然后將這些換熱

8、器串聯(lián)使用，如圖5-23所示。六、折流板折流板又稱(chēng)折流擋板， 安裝折流板的目的是為了提高殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。其常用型式有弓形折流板、圓盤(pán)形折流板(如圖 5-24所示)以及螺旋折流板等。常用型式為弓形折流板。折流板的形狀和間距對(duì)殼程 流體的流動(dòng)和傳熱具有重要影響。通常弓形缺口的高度約為殼體直徑的10防40% 一般取20吩25%兩相鄰折流板的間距也需選擇適當(dāng)，間距過(guò)大，則不能保證流體垂直流過(guò)管束，流速減小，對(duì)流傳熱系數(shù)降低；間距過(guò)小，則流動(dòng)阻力增大，也不利 于制造和檢修。一般折流板的間距取為殼體內(nèi)徑的20粉100%七、換熱器中傳熱與流體流動(dòng)阻力計(jì)算有關(guān)列管式換熱器的傳熱計(jì)算可按已選定的結(jié)構(gòu)型式

9、，按前一章相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)傳熱過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)分別計(jì)算出兩側(cè)流體的對(duì)流傳熱熱阻及導(dǎo)熱熱阻，得到總傳熱系數(shù)，再按本章前述內(nèi)容進(jìn)行換熱器傳熱計(jì)算。列管式換熱器中流動(dòng)阻力計(jì)算應(yīng)按殼程和管程兩個(gè)方面分別進(jìn)行。它與換熱器的結(jié)構(gòu)型式和流體特性有關(guān)。一般對(duì)特定型式換熱器可按經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算，計(jì)算式比較繁雜，具體內(nèi)容可參閱有關(guān)的換熱器設(shè)計(jì)教科書(shū)或手冊(cè)。八、列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)的一般步驟：列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟基本上是一致的，其基本步驟如下： 1 .估算傳熱面積，初選換熱器型號(hào)(1) 根據(jù)傳熱任務(wù)，計(jì)算傳熱速率；(2) 確定流體在換熱器中兩端的溫度，并按定性溫度計(jì)算流體物性；(3) 計(jì)算傳熱溫差，并根據(jù)溫差

10、修正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫；(4) 根據(jù)兩流體的溫差，確定換熱器的型式；(5) 選擇流體在換熱器中的通道；(6) 依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，估取總傳熱系數(shù)值；(7) 依據(jù)傳熱基本方程，估算傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇換熱器的規(guī)格；(8) 選擇流體的流速，確定換熱器的管程數(shù)和折流板間距。2 .計(jì)算管程和殼程流體的流動(dòng)阻力根據(jù)初選的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管程和殼程流體的流動(dòng)阻力，具體的計(jì)算方法可參考文獻(xiàn)1、3、5的有關(guān)內(nèi)容。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理和滿足工藝要求。若不符合要求，再調(diào)整管程數(shù)或折流板間距，或選擇其他型號(hào)的 換熱器，重新計(jì)算流動(dòng)阻力，

11、直到滿足要求為止。3. 計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積計(jì)算管程、殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計(jì)算傳熱系數(shù)和所需的傳熱面積。一般選用換熱器的 實(shí)際傳熱面積比計(jì)算所需傳熱面積大10吩25%否則另設(shè)總傳熱系數(shù)，另選換熱器，返回第一步，重新進(jìn)行校核計(jì)算。上述步驟為一般原則，可視具體情況作適當(dāng)調(diào)整，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不合理處要反復(fù)計(jì)算。在計(jì)算時(shí)應(yīng)嘗試改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)或結(jié)構(gòu)尺寸甚至改變結(jié)構(gòu)型式，對(duì)不同的方案進(jìn)行比較，以獲得技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好的換熱器。列管式換熱器列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì)，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或

12、不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱(chēng)之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱(chēng)為殼程列管式換熱器種類(lèi)很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種：1. 固定管板式換熱器：這類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板 上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置 一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流 體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了

13、很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎 或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50 C以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置(膨脹節(jié))只能用在殼壁與管壁溫差低于6070 C和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。2 .源頭或換熱器：換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱(chēng)之為浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約

14、束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束 與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。3 .填料函式換熱器：這類(lèi)換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏 的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。4 . U型管式換熱器：U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困 難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算1 .流體流徑的選

15、擇哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，下列各點(diǎn)可供選擇時(shí)參考(以固定管板式換熱器為例)(1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。(2) 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。(3) 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。(4) 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。(5) 被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。(6) 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流

16、體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。在選擇流體流徑時(shí)，上述各點(diǎn)常不能同時(shí)兼顧，應(yīng)視具體情況抓住主要矛盾，例如首先考慮流體的壓強(qiáng)、防腐 蝕及清洗等要求，然后再校核對(duì)流傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降，以便作出較恰當(dāng)?shù)倪x擇。2. 流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)， 減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多。 所以適宜的流速要通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外，在選擇流速時(shí)，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求。例如，選擇高的流

17、速，使管子的數(shù)目減少，對(duì)一定的傳熱面 積，不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)。管子太長(zhǎng)不易清洗，且一般管長(zhǎng)都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變?yōu)槎喑淌蛊骄?溫度差下降。這些也是選擇流速時(shí)應(yīng)予考慮的問(wèn)題。3. 流體兩端溫度的確定若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定流體兩端溫度的問(wèn)題。若其中一個(gè)流體僅已知進(jìn)口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計(jì)者來(lái)確定。例如用冷水冷卻某熱流體，冷水的進(jìn)口溫度可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件作出估計(jì)，而換熱器出口的冷水溫度，便需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算來(lái)決定。為了節(jié)省水量，可使水的出口溫度提高 些，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。兩者是相互矛盾的。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)可采取

18、冷卻水兩端溫差為 510C。缺水地區(qū)選用較大的溫度差，水源豐富地區(qū)選用較小的溫度差。4. 管子的規(guī)格和排列方法選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過(guò)前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用 較大的管徑。我國(guó)目前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有力25X 2.5mm及力19X mm兩種規(guī)格的管子。管長(zhǎng)的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長(zhǎng)管不便于清洗，且易彎曲。一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長(zhǎng)為 6nx則合理的換熱器管長(zhǎng)應(yīng)為 1.5、2、3或6ni系列標(biāo)準(zhǔn)中也采用這四種管長(zhǎng)。此外，管長(zhǎng)和殼徑應(yīng)相適應(yīng)， 一般取L/D為46(對(duì)直徑小的換熱器可大些 )。如前所述，管子在管板上的排列方法有等邊三

19、角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列等，如第五節(jié)中圖4- 25所示。等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有：管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會(huì)少， 且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間，即對(duì)流傳熱系數(shù)(較直列排列的)可以適當(dāng)?shù)靥岣?。管子在管板上排列的間距 (指相鄰兩根管子的中心距 )，隨管子與管板的連接方法不同而異。通常，脹管法 取t=(1.31.5)do，且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm即t > (d+6)。焊接法取 t=1.25do 。

20、5. 管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí)，有時(shí)會(huì)使管內(nèi)流速較低，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動(dòng)力費(fèi)用； 同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問(wèn)題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有 1、2、4和6程等四種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m可按下式計(jì)算，即：U m =I】(4-121)式中u管程內(nèi)流體的適宜速度，m/s ;m/s。u'管程內(nèi)流體的實(shí)際速度，圖4-49串聯(lián)列管換熱器當(dāng)殼方流體流速太低時(shí)，也可以采用殼方多程。 如殼體內(nèi)安裝

21、一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱(chēng)為兩殼程，如前述的圖4-47和圖4-48所示。但由于縱向隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個(gè)換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。例如當(dāng)需二殼程時(shí)，則將總管數(shù)等 分為兩部分，分別安裝在兩個(gè)內(nèi)徑相等而直徑較小的外殼中，然后把這兩個(gè)換熱器串聯(lián)使用，如圖4-49所示。6. 折流擋板安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度，使湍動(dòng)程度加劇，以提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。第五節(jié)的圖4 26已示出各種擋板的形式。最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040%, 一般取2025%,過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。兩相鄰擋板

22、的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑D的(0.21)倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的 h值為：固定管板式的有150、 300和600mn£種；浮頭式的有 150、200、300、480和600mmE種。板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也 較大。板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。擋板切去的弓形高度及板間距對(duì)流體流動(dòng)的影響如圖3-42所示。7. 外殼直徑的確定換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、 管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選

23、定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫(huà)出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走"短路"，可以適當(dāng)增減一些管子。另夕卜，初步設(shè)計(jì)中也可用下式計(jì)算殼體的內(nèi)徑，即(4-122)式中 D殼體內(nèi)徑，m；t管中心距， m;nc一橫過(guò)管束中心線的管數(shù)；b'管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b' =(1 1.5)do 。nc值可由下面的公式計(jì)算。管子按正三角形排列時(shí)：II一 L I . II(4-123)管子按正方形排列時(shí)：11:二1 口(4-124)式中n為換熱器的總管數(shù)。按計(jì)

24、算得到的殼徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，見(jiàn)表4-15。8. 主要構(gòu)件封頭封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)圓形用于大直徑的殼體。緩沖擋板為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。導(dǎo)流筒殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。放氣孔、排液孔換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。接管尺寸換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算，即 ：式中Vs-流體的體積流量，Bl /s ;u -接管中流體的流速， m/s。流速u(mài)的經(jīng)驗(yàn)值為：對(duì)液

25、體 u=1.52 m/s 對(duì)蒸汽 u=2050 m/s對(duì)氣體 u=(1520)p/ p (p為壓強(qiáng)，單位為 atm ; p為氣體密度，單位為 kg/"I )9. 材料選用列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價(jià)格高 且較稀缺，應(yīng)盡量少用。10 .流體流動(dòng)阻力(壓強(qiáng)降)的計(jì)算(1) 管程流體阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對(duì)于多程換熱器，其

26、總阻力 pi等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。一般進(jìn)、出口阻力可忽略不計(jì)，故管程總阻力的計(jì)算式為：(4-125 )式中 p1、 p2-分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，Nm ；Ft 結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，對(duì)于4 25x 2.5mm的管子，取為1.4 ,對(duì) 力19X 2mm的管子，取為1.5;Np-管程數(shù)；Ns-串聯(lián)的殼程數(shù)。上式中直管壓強(qiáng)降 p1可按第一章中介紹的公式計(jì)算；回彎管的壓強(qiáng)降 p2由下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算，即 ：APa = 3件)-(4-126)(2) 殼程流體阻力 現(xiàn)已提出的殼程流體阻力的計(jì)算公式雖然較多，但是由于流體的流動(dòng)狀況比較復(fù)雜，使 所得的結(jié)果相差很多。下面介紹埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng) po的公式，即：二I '" E”'*4-127)式中 p1' 流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降，N/叱U； p2' 流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降，N/看；Fs 殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，對(duì)液體可取1.15 ,對(duì)氣體或可凝蒸氣可取1.0而一 (4-128)2(4-129)式中F-管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列F=0.5，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn) 45°為0.4 ,正方形排列為 0.3 ;fo-殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo> 500時(shí)， 岳