循環(huán)水冷卻器設(shè)計(jì)課件

1、循環(huán)水冷卻器設(shè)計(jì)摘要：傳熱過(guò)程是化工生產(chǎn)過(guò)程中存在的及其普遍的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的換熱設(shè)備種類繁多，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。由于使用條件不同，換熱設(shè)備可以有各種各樣的型式和結(jié)構(gòu)。其中以管殼式換熱器應(yīng)用更為廣泛。現(xiàn)在，它被當(dāng)作一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用，尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中仍處于主導(dǎo)地位。 循環(huán)水冷卻器是換熱設(shè)備中的一種，是企業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備。它的作用是通過(guò)溫度相對(duì)較低的水來(lái)把其他設(shè)備所產(chǎn)生的熱量帶走，從而使設(shè)備部分的溫度保持在一個(gè)生產(chǎn)所需要的水平，使設(shè)備正常工作。因此，循環(huán)水冷卻器的設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)是很重要的，它很可能影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)

2、其的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)是對(duì)管殼式換熱器中固定管板式換熱器的研究。固定管板式換熱器屬于管殼式換熱器的一種，是利用間壁使高溫流體和低溫流體進(jìn)行對(duì)流傳熱從而實(shí)現(xiàn)物料間的熱量傳遞。在本設(shè)計(jì)中以GB 150-2011壓力容器、GB 151-1999管殼式換熱器等標(biāo)準(zhǔn)和固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程為依據(jù)，并參考換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)，首先通過(guò)方案的論證，確定物料的物性參數(shù)，再結(jié)合工作條件，選定換熱器的形式。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，完成對(duì)換熱面積、總換熱系數(shù)等工藝參數(shù)的確定，同時(shí)進(jìn)行換熱面積、壁溫和壓力降的核算。再根據(jù)工藝參數(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)主要包括對(duì)筒體、管箱、管板、折流板、封頭、換熱管、鞍座及其它零部

3、件，如拉桿、定距管等的計(jì)算和選型等，并進(jìn)行必要的強(qiáng)度核算，最后運(yùn)用AutoCAD繪制固定管板式換熱器的裝配圖及零部件圖，并編寫說(shuō)明書。關(guān)鍵詞：換熱器、換熱面積、管板、換熱管。 Circulating water cooler designAbstract: The heat transfer process is the chemical production process of existence and its general process, heat equipment for this process is various, is one of the indispensable

4、process equipment. Due to the use of different conditions, heat exchange equipment can have various types and structure. The tubular heat exchanger applied more widely. Now, it is regarded as a kind of traditional standard heat exchange equipment widely used in many industrial departments, especiall

5、y used in chemical, petroleum, energy equipment department.Heat transfer equipment is still in a dominant position. Circulating water cooler is a change of thermal equipment, is the important equipment in the production. It is the role of the relatively low temperature water to take away the heat ge

6、nerated by the other device, so as to make part of the temperature is maintained at the required a production level, so that the normal operation of the equipment. Therefore, the production design of circulating water cooler of enterprise is very important, it is likely to affect the economic losses

7、 of enterprises, which is of great practical significance to the design. This design is for the study of fixed tube plate heat exchanger on the tube shell type. A fixed tube plate heat exchanger, belonging to the shell and tube heat exchanger, is the use of the high temperature fluid and wall temper

8、ature fluid of convective heat transfer and heat transfer between the material. In this design, the GB 150-2011 "," GB 151-1999 "pressure vessel shell and tube type heat exchanger" standards and "fixed pressure vessel safety technology supervision regulation" as the bas

9、is, and with reference to "Design Handbook" heat exchanger, the scheme is demonstrated, to determine the physical material parameters, combined with the working conditions, select the type of heat exchanger. According to the design task, determine the process parameters on the heat transfe

10、r area, the total heat transfer coefficient, and heat transfer area, wall temperature and pressure drop calculation. Then the mechanical design based on process parameters, mechanical design including the tube, tube box, tube plate, baffle, head, tube heat exchanger, saddle and other parts, such as

11、the bar, fixed pitch pipe calculation and selection, and calculated the strength necessary, finally using AutoCAD drawing fixed tube plate heat exchanger the assembly diagram and parts diagram, and writing a specification.關(guān)鍵詞：換熱器、換熱面積、管板、換熱管等。keyword:heat exchanger,the heat transfer area,tube sheet,

12、heat exchange tube. 目 錄1 概述 .1 1.1 選題的根據(jù)和意義 .1 1.2 本設(shè)計(jì)的目的和要求 .2 1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) .22 管殼式換熱器的分類和選型 .3 2.1 分類 .3 2.2 選型 .63 換熱器的工藝設(shè)計(jì) .7 3.1 工藝計(jì)算 .7 3.1.1 流徑選擇 .7 3.1.2 確定物性參數(shù) .7 3.1.3 熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算 .8 3.1.4 傳熱平均溫度差的計(jì)算 .8 3.1.5 計(jì)算傳熱面積 .9 3.1.6 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 .9 3.2 換熱器核算 .15 3.2.1 傳熱能力核算 .15 3.2.2 壁溫核算 .18 3.2.3

13、 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 .19 3.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 .224 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) .23 4.1 計(jì)算筒體厚度 .23 4.1.1 筒體材料的選擇 .23 4.1.2 筒體厚度 .23 4.2 計(jì)算管箱短節(jié)、封頭厚度 .24 4.2.1 管箱的結(jié)構(gòu)形式 .25 4.2.2 管箱結(jié)構(gòu)尺寸 .25 4.2.3 管箱短節(jié)及封頭厚度 .26 4.3 開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 .29 4.3.1 管箱短節(jié)開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 .29 4.3.2 筒體節(jié)開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 .31 4.3.3 排氣口、排液口開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 .33 4.4 管板設(shè)計(jì) .33 4.4.1 換熱管與管板的連接 .34 4.4.2

14、管板與殼體的連接 .35 4.4.3 管板與管箱的連接 .37 4.4.4 管板材料 .37 4.4.5 管板計(jì)算的相關(guān)參數(shù)的確定 .38 4.4.6 計(jì)算法蘭力矩 .40 4.4.7 管板計(jì)算的另一些相關(guān)參數(shù)的確定 .45 4.4.8 校核設(shè)計(jì)條件不同的組合工況 .47 4.5 換熱管 .59 4.5.1 換熱管的型式 .59 4.5.2 換熱管的材料與質(zhì)量等級(jí) .60 4.5.3 管孔 .60 4.6 折流板 .60 4.6.1 材料的選取 .60 4.6.2 折流板的間隙 .60 4.6.3 折流板的厚度 .61 4.7 拉桿、定距管 .61 4.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 .61 4.7.

15、2 拉桿直徑、數(shù)量和尺寸 .61 4.7.3 拉桿與管板的連接結(jié)構(gòu) .62 4.8 防沖板和導(dǎo)流筒 .63 4.9 支座 .63 4.9.1 鞍式支座的結(jié)構(gòu)特征 .63 4.9.2 支座反力的計(jì)算 .64 4.9.3 鞍座的型號(hào)及尺寸 .65 4.9.4 鞍座的布置 .65 4.10 接管 .66 4.10.1 接管的要求 .66 4.10.2 接管高度（伸出的高度）的確定 .66 4.10.3 接管位置最小尺寸 .67 4.10.4 接管尺寸 .68 4.10.5 管法蘭的選擇 .68 4.11 膨脹節(jié) .70 4.11.1 膨脹節(jié)的作用 .71 4.11.2 設(shè)置膨脹節(jié)的條件 .715 換

16、熱器的制造與檢驗(yàn)要求 .71 5.1 圓筒 .72 5.2 管箱 .73 5.3 換熱管 .73 5.4 管板 .73 5.5 換熱管與管板的連接 .73 5.6 折流板 .746 總結(jié) .747 主要參考文獻(xiàn) .75致謝語(yǔ) .76循環(huán)水冷卻器設(shè)計(jì)1 概述 使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備稱為換熱器。它是化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的；在煉油廠中，約占總投資的。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過(guò)程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過(guò)程上的需要。此外，換

17、熱設(shè)備也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，煙道氣（約）、高爐爐氣（約）、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣（）等的余熱，通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動(dòng)力的輔助資源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益9。1.1 選題的依據(jù)和意義換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在日常生活中隨處可見，因此換熱器的研究備受世界各國(guó)政府及研究機(jī)構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，各國(guó)都在下大力量尋找新的能源及在節(jié)約能源上研究新的途徑。隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的

18、不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重，世界各國(guó)已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用，有時(shí)甚至是決定性的作用。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展是非常重要的。 循環(huán)水冷卻器作為換熱設(shè)備中的一種，是企業(yè)生產(chǎn)中非常重要的設(shè)備。它的作用是通過(guò)溫度相對(duì)較低的水來(lái)把其他設(shè)備所產(chǎn)生的熱量帶走，從而使設(shè)備部分的溫度保持在一個(gè)生產(chǎn)所需要的水平，使設(shè)備正常工作。因此，循環(huán)水冷卻器的設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)是很重要的。特別是在水資源缺乏的今天

19、，循環(huán)水冷卻器可以節(jié)約大量寶貴的水資源，同時(shí)，也可以影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。所以對(duì)循環(huán)水冷卻器的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)是有關(guān)管殼式換熱器類型中的一種，管殼式換熱器具有可靠性高、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位，其可靠性和可能性已被充分證明，也更顯示其獨(dú)有的長(zhǎng)處。1.2 本設(shè)計(jì)的目的和要求 在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，幫助我們復(fù)習(xí)和鞏固了以往學(xué)習(xí)過(guò)的知

20、識(shí)，提高了綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，并對(duì)換熱器有了一個(gè)深入的了解。這次設(shè)計(jì)主要有工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，以及最后完成裝配圖和零部件圖，通過(guò)這些部分，對(duì)換熱器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)有了充分的了解，可以整體把握對(duì)化工設(shè)備的設(shè)計(jì)，提高畫圖能力。 在這次的設(shè)計(jì)中，要求有：（1）合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件，應(yīng)根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)和物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，使所設(shè)計(jì)的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時(shí)間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量；（2）安全可靠，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵照我國(guó)GB 151-1999管殼式換熱器等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)；（3）有利于安裝、操作與維修，設(shè)備與

21、部件應(yīng)便于運(yùn)輸與拆裝，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層；（4）經(jīng)濟(jì)合理，以整個(gè)系統(tǒng)中各種設(shè)備為對(duì)象進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算或設(shè)備的優(yōu)化。1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)換熱器是一個(gè)量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國(guó)防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。鋼鐵行業(yè)和化工行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。未來(lái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需

22、求將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)；要求產(chǎn)品性價(jià)比提高；對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化的需求趨勢(shì)強(qiáng)烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項(xiàng)目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)產(chǎn)品。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。螺旋折流板換熱器是最新發(fā)展起來(lái)的一種管殼式換熱器是由美國(guó)ABB公司提出的。其基本原理為:將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個(gè)折流板與殼程流體

23、的流動(dòng)方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運(yùn)動(dòng)能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。在氣一水換熱的情況下傳遞相同熱量時(shí)該換熱器可減少的傳熱面積節(jié)省材料。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn)象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng);在相同流速時(shí)殼程流動(dòng)壓降小;基本不存在震動(dòng)與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。對(duì)于低雷諾數(shù)下的傳熱螺旋折流板效果更為突出。2 管殼式換熱器的分類及選型2.1 分類 根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。（1）固定管板式換熱器固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其

24、優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換；缺點(diǎn)是當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這種換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。圖2-1 固定管板式換熱器（2）浮頭式換熱器浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，兩管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，稱為浮頭。浮頭有浮動(dòng)管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變

25、形互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。浮頭式換熱器的特點(diǎn)是管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。 圖2-2 浮頭式換熱器 （3） U形管式換熱器 U形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。 由于受彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短

26、路，對(duì)傳熱不利。當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有管束外圍處的U形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板 式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。 圖2-3 U形管式換熱器（4） 填料函式換熱器 填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖2-4、2-5所示，這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動(dòng)接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。由于采用填料函式密封 結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)

27、生殼壁與管壁熱變形差而引起的熱應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出，管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于以下的工作環(huán)境，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。 圖2-4 填料函雙殼程換熱器圖2-5 填料函分流式換熱器（5） 釜式重沸器 釜式重沸器的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示，這種換熱器的管束可以為浮頭式、U形管式和固定管板式結(jié)構(gòu)，所以它具有浮頭式、U形管式換熱器的特性。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個(gè)蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小

28、由產(chǎn)氣量和所要求的蒸氣品質(zhì)所決定。產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。此換熱器與浮頭式、U形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。 圖2-6 釜式重沸器2.2 選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況： 熱流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度：55，出口溫度40； 冷流體（冷卻水）進(jìn)口溫度：10，出口溫度35； 對(duì)于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。 熱流體的定性溫度， 冷流體的定性溫度；由于兩流體溫差小于，不必考慮熱補(bǔ)償。因此初步確定選擇用固定管板式換熱器。固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相同

29、的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊，由于這種結(jié)構(gòu)使殼側(cè)清洗困難，所以殼程易用于不易結(jié)垢和清潔的流體。3 換熱器的工藝設(shè)計(jì)3.1 工藝計(jì)算3.1.1 流徑選擇（1） 選擇原則 不清潔或易結(jié)垢的流體宜走容易清洗的一側(cè)。對(duì)于直管管束，宜走管程；對(duì) 于U形管管束，宜走殼程。 腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束同時(shí)被腐蝕。 壓力高的流體宜走管程，以避免制造較厚的殼體。 為增大對(duì)流傳熱系數(shù)，需要提高流速的流體宜走管程，因管程流通截面積一 般比殼程小，且做成多管程也較容易。 兩流體溫差較大時(shí)，對(duì)于固定管板式換熱器，宜將對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走 殼程， 以減少管壁與殼體的溫差，減小熱應(yīng)力。 蒸氣冷凝宜走殼程，以利

30、于排出冷凝液。 需要冷卻的流體宜選殼程，便于散熱，以減少冷卻劑用量。但溫度很高的流 體，其熱能可以利用，宜選管程，以減少熱損失。 黏度大或流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低下 （）即可達(dá)到湍流。（2） 選擇流徑 循環(huán)水相對(duì)比較潔凈，選擇循環(huán)水走殼程，冷卻水走管程，既有利于冷卻水冷卻效率高，也可借助外界溫度加速循環(huán)水冷卻。3.1.2 確定物性參數(shù) 由前面計(jì)算可知，循環(huán)水的定性溫度為，冷卻水的定性溫度為. 根據(jù)定性溫度，分別查取循環(huán)水和冷卻水的有關(guān)物性參數(shù)，列表3-1如下： 表3-1 物性參數(shù)表物性殼程(循環(huán)水)管程(冷卻水)符號(hào)數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)據(jù)密度989.15 997.75比熱容 4.

31、18054.181粘度·導(dǎo)熱系數(shù)·進(jìn)口溫度5510出口溫度40353.1.3 熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算 (1) 熱負(fù)荷的計(jì)算 由于是冷卻過(guò)程，故熱負(fù)荷按熱流體循環(huán)水計(jì)算。 熱負(fù)荷： (2) 冷卻水用量的計(jì)算 由有， 3.1.4 傳熱平均溫度差的計(jì)算 根據(jù)間壁兩側(cè)流體溫度沿傳熱面是否有變化，即是否有升高或降低，可將傳熱分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩類。若間壁的一側(cè)或兩側(cè)流體沿傳熱面的不同位置溫度不同，即流體從進(jìn)口到出口，溫度有了變化，或是升高或是降低，這種情況的傳熱稱為變溫傳熱。在變溫傳熱中，沿傳熱面溫度差是變化的，所以在傳熱計(jì)算中需要求出傳熱過(guò)程的平均溫度差。本設(shè)計(jì)就屬于變溫傳熱中

32、兩側(cè)變溫傳熱的情況。 根據(jù)兩側(cè)流體變溫下的溫度差變化情況，可分為逆流、并流、錯(cuò)流和折流。在逆流（即冷、熱兩流體在傳熱面兩側(cè)流向相反）操作時(shí)，熱流體和冷流體用可以比并流操作時(shí)少，所以工程上多采用逆流操作，在本設(shè)計(jì)中先按逆流計(jì)算，再校正。 先求逆流時(shí)的傳熱平均溫度差： , ； 3.1.5 計(jì)算傳熱面積 根據(jù)熱流體為循環(huán)水，冷流體為冷卻水，根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)12有表3-2取傳熱系數(shù)， 表3-2 管殼式換熱器中值的大致范圍 熱流體 冷流體傳熱系數(shù) 水 水 輕油 水 重油 水 氣體 水 水蒸汽冷凝 水 水蒸汽冷凝 氣體 低沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓） 水 高沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓） 水 水蒸汽冷凝 水沸騰

33、 水蒸汽冷凝 輕油沸騰 水蒸汽冷凝 重油沸騰 則有估算的傳熱面積：3.1.6 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1） 管徑和管內(nèi)流速 管徑 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)規(guī)定的流速范圍。 我國(guó)目前適用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有換熱管規(guī)格為： 、。采用小管徑，可使單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高。據(jù)估算，將同直徑換熱器的換熱管由改為，其傳熱面積可增加左右，節(jié)約金屬以上，但小管徑流體阻力大，不便清洗，易結(jié)構(gòu)堵塞。一般大管徑管子用于粘性大或污濁的流體，小直徑管子用于較清潔的流體。所以本設(shè)計(jì)選用規(guī)格。 管內(nèi)流速流體在殼程或管程中的流速增大，不僅對(duì)流傳熱系數(shù)增大，也可減少雜質(zhì)沉積或結(jié)垢，但流體阻力也相應(yīng)增大。故應(yīng)選擇適宜的流速，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。根據(jù)化工原理P174有，管殼式換熱器常用流速的范圍如表3-3和不同黏度液體在列管換熱器中的流速（在鋼管中）如表3-4，由于冷卻水黏度小于，最大流速為，取管內(nèi)流速10。 表3-3 管殼式換熱器常用流速的范圍 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 管程 殼程 表3-4 不同黏度液體在列管換熱器中的流速（在鋼管中）液體黏度 最大流速液體黏度最大流速 （2）管程數(shù)和換熱管數(shù)流體從換熱管的一端流到另一端