管殼式熱交換器詳解

管殼式熱交換器詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有114頁\編輯于星期二優(yōu)選管殼式熱交換器現(xiàn)在是2頁\一共有114頁\編輯于星期二32.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備，占換熱器總量的90%。是最典型的間壁式換熱器。管殼式熱交換器示意圖管殼式熱交換器實物圖現(xiàn)在是3頁\一共有114頁\編輯于星期二42.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)

管殼式熱交換器的主要類型結(jié)構(gòu)分類固定管板式熱交換器浮頭式熱交換器U形管式熱交換器填料函式熱交換器現(xiàn)在是4頁\一共有114頁\編輯于星期二5分類：(1)固定管板式熱交換器特點：結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，在殼程程數(shù)相同的條件下,可排的管數(shù)比較多，殼程不能夠檢修和清洗，當(dāng)產(chǎn)生熱膨脹時使接口脫開，發(fā)生流體的泄漏。2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是5頁\一共有114頁\編輯于星期二6應(yīng)用場合：適用于殼方流體潔凈且不宜結(jié)垢，

流體溫差小于70℃殼方壓力小于600KPa的場合。分類：(1)固定管板式熱交換器2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是6頁\一共有114頁\編輯于星期二7優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運行可靠，管間易清理。缺點：管內(nèi)不易清洗，管板的利用率較低，殼程易

短路，損壞的管子難于調(diào)換。應(yīng)用場合：高溫高壓。2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)分類：(2)U型管式熱交換器現(xiàn)在是7頁\一共有114頁\編輯于星期二82.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)分類：(2)U型管式熱交換器現(xiàn)在是8頁\一共有114頁\編輯于星期二9結(jié)構(gòu)：一塊管板與殼體固定，另一塊管板可以在殼體內(nèi)來回活動，并連接一浮頭，當(dāng)管束受熱受冷時即可自由伸縮。浮頭式換熱器各有一個內(nèi)浮頭和一個外浮頭。優(yōu)點：管束的熱膨脹不受殼體約束，殼體與管束之間不會因差脹產(chǎn)生熱應(yīng)力。管程殼程及清洗檢修較為方便，將整個管束從固定端抽出即可。2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)分類：(3)浮頭式熱交換器現(xiàn)在是9頁\一共有114頁\編輯于星期二10應(yīng)用場合：適用于流體溫差較大，或殼程流體易結(jié)垢的場合。缺點：浮頭蓋與管板法蘭連接面積較大，殼體直徑增加，在管束與殼體之間形成阻力較小的環(huán)形通道，部分流體由這里通過不參加換熱。形成短路。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價高，易發(fā)生內(nèi)漏。2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)分類：(3)浮頭式熱交換器現(xiàn)在是10頁\一共有114頁\編輯于星期二11結(jié)構(gòu)特點:管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封，可在調(diào)料函中滑動，浮頭露在殼體外面，又稱為外浮頭式熱交換器。管束可以自由伸縮，不會因殼壁和管壁的溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價比較低廉，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。缺點：因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于4MPa以下的工作條件，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。應(yīng)用場合

：溫差較大，介質(zhì)易結(jié)垢，且壓力不高的場合。2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)分類：(4)填料函式熱交換器現(xiàn)在是11頁\一共有114頁\編輯于星期二12管殼式熱交換器的組成：前端管箱，殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）AES/BES2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是12頁\一共有114頁\編輯于星期二13標(biāo)準(zhǔn)：國標(biāo)《管殼式換熱器》（GB1051-1999)

公稱換熱面積SN

公稱直徑DN

公稱壓力PN

換熱管長度L

換熱管規(guī)格管程數(shù)（1）公稱直徑≤2000mm；（2）公稱壓力≤35MPa；（3）公稱直徑（mm）和公稱壓力(MPa)的乘積≯104。2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是13頁\一共有114頁\編輯于星期二14鋼制管殼式熱交換器型號的表示方法×××DN—Pt/Ps－A－LN/d－Nt/Ns(Ⅰ或Ⅱ)(Ⅰ或Ⅱ)：Ⅰ級熱交換器采用高級或較高級冷拔鋼管

Ⅱ級熱交換器采用普通級冷拔鋼管Nt/Ns：管/殼程數(shù)，對于單程只寫NtLN/d：LN-公稱長度(m)，d-換熱管外徑（mm）A：公稱換熱面積（m2）Pt/Ps:管/殼程設(shè)計壓力（MPa）,壓力相等時只寫Pt

DN:公稱直徑（mm）×××

第一個字母代表前端管箱形式，第二個字母代表殼體形式,

第三個字母代表后端結(jié)構(gòu)形式

2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是14頁\一共有114頁\編輯于星期二15例：AES500-1.6-54-6/25-4ⅠA平蓋管箱E單程殼體S鉤圈式浮頭式熱交換器公稱直徑為500mm管程和殼程設(shè)計壓力分別為1.6MPa公稱換熱面積為54m2換熱管外徑25mm管長6m4管程單殼程Ⅰ一級管束碳素鋼較高級冷拔換熱管2.1.1類型與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是15頁\一共有114頁\編輯于星期二16換熱管換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，主要通過管壁的內(nèi)外面進(jìn)行傳熱，所以換熱管的形狀、尺寸和材料，對傳熱有很大的影響。小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內(nèi)可以排列較多的管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊，單位傳熱面積金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些，但制造麻煩，且易結(jié)垢，不易清洗。2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是16頁\一共有114頁\編輯于星期二171)、選擇管殼式熱交換器傳熱面材料的決定因素：材料的工作壓力、溫度和流體腐蝕性、流體對材料的脆化作用及流體的毒性所決定。2)、材料的種類：碳鋼、合金鋼、銅、塑料、石墨等3）我國管殼式換熱器常用換熱管為碳鋼、低合金鋼管有：

Φ19×2、Φ25×2.5、Φ38×3、Φ57×3.5；

不銹鋼管有Φ25×2、Φ38×2.5。4）長度規(guī)格有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在煉油廠所用的換熱器中最常用的是6m管長。換熱管一般都用光管，為了強(qiáng)化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是17頁\一共有114頁\編輯于星期二18（1）管子在管板上的固定：脹接法與焊接法連接要求良好的密封性→防止流體短路足夠的緊固強(qiáng)度→有足夠的抗拉脫力連接方法脹接焊接脹焊并用2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是18頁\一共有114頁\編輯于星期二19（1）管子在管板上的固定：脹管法與焊接法脹管法原理:2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是19頁\一共有114頁\編輯于星期二20脹管法適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力≤4MPa，設(shè)計溫度≤300℃，且無特殊要求的場合。要求：管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。脹接時管板上的孔可以是光孔，也可開槽(開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性)。液壓脹管器（1）管子在管板上的固定：脹管法與焊接法2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是20頁\一共有114頁\編輯于星期二21（1）管子在管板上的固定：脹管法與焊接法液壓脹接機(jī)械脹接2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是21頁\一共有114頁\編輯于星期二22（1）管子在管板上的固定：脹管法與焊接法焊接法：焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起，保證換熱管與管板連接處具有足夠的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度。應(yīng)用條件：當(dāng)溫度高于300℃或壓力高于40公斤／厘米2(4MPa)時，一般采用焊接法。管板換熱管間隙2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是22頁\一共有114頁\編輯于星期二23（2）管子在管板上的排列管子在管板上的排列方式遵循原則：保證管板強(qiáng)度設(shè)備緊湊制造、安裝和修理、維護(hù)方便管子排列方式管間距的選擇2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是23頁\一共有114頁\編輯于星期二24（2）管子在管板上的排列等邊三角形流體流動方向與三角形的一條邊垂直，最內(nèi)層的六邊形的邊長等于管間距S。一般在管板周邊與六邊形的邊之間的六個弓形部分不排列管子，但是當(dāng)層數(shù)a>6層時，在這些弓形部分也應(yīng)該排列管子，最外層管子的中心應(yīng)不超出最大六邊形的外接圓周。流體流動方向正三角形2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是24頁\一共有114頁\編輯于星期二25同心圓管間距既為兩層圓周之間的距離，也為圓周上管子的間距，在圓周上布置管子只取整數(shù)。這種排列的優(yōu)點時比較緊湊，且靠近殼體處布管均勻，在小直徑熱交換器中，這種方式的布管數(shù)比等邊三角形要多。當(dāng)層數(shù)大于6層時，由于六邊形的弓形部分可排管子，故等邊三角形排列顯得有利，且層數(shù)越多越為有利。（2）管子在管板上的排列2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是25頁\一共有114頁\編輯于星期二26正方形在管板面積上可排列的管數(shù)最少，但是它易于清掃，在易于生成污垢、需將管束抽出清洗的場合得到一定的應(yīng)用。流體流動方向正方形（2）管子在管板上的排列2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是26頁\一共有114頁\編輯于星期二27（2）管子在管板上的排列組合排列法：如在多管程熱交換器中，每程都采用等邊三角形排列，而在各程相鄰管排間，為便于安裝隔板則采用正方形排列。2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是27頁\一共有114頁\編輯于星期二28（2）管子在管板上的排列流體流動方向正三角形流體流動方向轉(zhuǎn)角正三角形轉(zhuǎn)角等邊三角形排列法：流體的流動方向與三角形的一條邊平行的排列方法。特點：易清洗，但傳熱效果不如正三角形2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是28頁\一共有114頁\編輯于星期二29（2）管子在管板上的排列轉(zhuǎn)角正方形排列法：流體的流動方向與正方形的一條對角線垂直的排列方法。流體流動方向轉(zhuǎn)角正方形流體流動方向正方形特點：管外清洗方便/但排管比三角形少2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是29頁\一共有114頁\編輯于星期二30（3）換熱管中心距定義：管板上兩根管子中心線的距離。決定因素：管板強(qiáng)度清洗管子外表所需要的間距管子在管板上的固定方法布管原則：無論哪種排列都必須在管束周圍的弓形空間盡可能多布管→傳熱面積↑，且可防殼程流體短路影響因素有:結(jié)構(gòu)緊湊性/傳熱效果/清洗難易取值:t≥1.25d0(保證管橋強(qiáng)度和清洗通道)2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是30頁\一共有114頁\編輯于星期二31（4）布管限定圓熱交換器管束外緣直徑受圓筒直徑的限制，在設(shè)計時要將管束外緣置于布管限定圓之內(nèi)，布管限定圓直徑的大小按照熱交換器的結(jié)構(gòu)型式取值。浮頭式換熱器2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是31頁\一共有114頁\編輯于星期二32（4）布管限定圓熱交換器管束外緣直徑受圓筒直徑的限制，在設(shè)計時要將管束外緣置于布管限定圓之內(nèi)，布管限定圓直徑的大小按照熱交換器的結(jié)構(gòu)型式取值。對于固定管板式、U形管式熱交換器

2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是32頁\一共有114頁\編輯于星期二33a.排布換熱管b.分隔管程和殼程流體→避免冷、熱流體混合c.承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用作用:不可拆可拆脹接法按表2.4，焊接法滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造要求且不小于12mm2.1.3管板現(xiàn)在是33頁\一共有114頁\編輯于星期二34橢球面管板:雙管板:用于嚴(yán)格禁止管程與殼程介質(zhì)互相混合的場合。雙管板結(jié)構(gòu)1—空隙2—殼程管板3—短節(jié)4—管程管板2.1.2管子在管板上的固定和排列現(xiàn)在是34頁\一共有114頁\編輯于星期二35管程—換熱管內(nèi)的通道以及與其相貫通處稱為管程2.1.4分程隔板管程管程殼程殼程—換熱管外的通道以及與其相貫通處稱為管程現(xiàn)在是35頁\一共有114頁\編輯于星期二36管束分程(分程隔板):①條件:當(dāng)換熱器所需換熱量↑，而管長卻不能增加時

管數(shù)n↑(v↓)提高管內(nèi)流速→增強(qiáng)傳熱效果→增加傳熱量

②管程數(shù):一般有1，2，4，6，8，10，12等七種。③隔板布置方式平行布置法

T形布置法④分程的要求:避免流體溫差較大的兩部分管束緊鄰程與程之間溫差不宜過大,不超過28℃應(yīng)盡可能使各管程的換熱管數(shù)大致相同分程隔板槽形狀簡單,密封面長度較短2.1.4分程隔板現(xiàn)在是36頁\一共有114頁\編輯于星期二372.1.4分程隔板現(xiàn)在是37頁\一共有114頁\編輯于星期二38作用:a.提高殼程流體流速，增加湍動程度；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)b.減少結(jié)垢c.支承管束折流板結(jié)構(gòu)形式弓形圓盤-圓環(huán)形堰形2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是38頁\一共有114頁\編輯于星期二39弓形缺口高度h（1）應(yīng)使流體流過缺口時與橫向流過管束時的流速相近。（2）缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來表示，如單弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是39頁\一共有114頁\編輯于星期二402.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是40頁\一共有114頁\編輯于星期二412.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是41頁\一共有114頁\編輯于星期二42折流板布置原則:一般應(yīng)按等間距布置;管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口接管;間距下限0.2Di（且不小于50mm），上限D(zhuǎn)i。

折流板缺口布置原則:殼程為單相清潔流體時，折流板缺口應(yīng)上下布置。若氣體中含有少量液體，應(yīng)在缺口朝上的折流板最低處開設(shè)通液口；若液體中含有少量氣體，應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣口。殼程介質(zhì)為氣液共存或液體中含有固體顆粒時，折流板應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。通液口通氣口2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是42頁\一共有114頁\編輯于星期二4343單弓形折流擋板圓盤—圓環(huán)形折流擋2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是43頁\一共有114頁\編輯于星期二442.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是44頁\一共有114頁\編輯于星期二45折流板上管孔與換熱管折流板與殼體內(nèi)壁之間過大—泄露嚴(yán)重，不利傳熱；

易引起振動。過小—安裝困難。間隙→2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是45頁\一共有114頁\編輯于星期二462.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是46頁\一共有114頁\編輯于星期二47折流板固定：由拉桿和定距管實現(xiàn)折流板的安裝2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是47頁\一共有114頁\編輯于星期二48A、換熱管外徑≤14mm時——點焊結(jié)構(gòu)B、換熱管外徑＞14mm時——拉桿-定距管結(jié)構(gòu)折流板、支持板固定方式：dndn2.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是48頁\一共有114頁\編輯于星期二49支持板設(shè)置條件:當(dāng)換熱器在工藝上無須設(shè)置折流板，但管子又比較長，超過最大無支撐跨距時，需設(shè)置一定數(shù)量的支持板，按照折流板處理。作用:a.減小跨距→防振

b.支承管子→增加管子剛度，防止管子產(chǎn)生過大撓度形狀尺寸:同折流板

最大無支撐跨距:換熱管外徑10121416192532384557

最大無支撐跨距鋼管--11001300150018502200250027503200有色金屬管75085095011001300160019002200240028002.1.5縱向隔板、折流板和支持板現(xiàn)在是49頁\一共有114頁\編輯于星期二50旁路擋板折流板旁路擋板為了防止殼程邊緣介質(zhì)短路2.1.6擋管和旁路擋板現(xiàn)在是50頁\一共有114頁\編輯于星期二51擋管擋管分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管；防止管間短路；擋管一般與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管每隔3～4排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處。擋管擋管結(jié)構(gòu)2.1.6擋管和旁路擋板現(xiàn)在是51頁\一共有114頁\編輯于星期二52設(shè)置條件:a.當(dāng)殼程進(jìn)口管流體的

值為下列數(shù)值時，應(yīng)在

殼程進(jìn)口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?/p>

(i)非腐蝕,非磨蝕性單相流體

＞2230kg/(m·s2)(ii)其他液體，包括沸點下液體

＞740kg/(m·s2)b.有腐蝕或有磨蝕的氣體、蒸汽及汽液混合物，應(yīng)

設(shè)置防沖板。2.1.7防沖板和導(dǎo)流桶現(xiàn)在是52頁\一共有114頁\編輯于星期二53結(jié)構(gòu)前端管箱殼體后端（包括管束）分類固定管板式U形管式填料函式浮頭式管程殼程管流體殼流體換熱管內(nèi)的通道以及與其相貫通處稱為管程換熱管外的通道以及與其相貫通處稱為殼程流經(jīng)管程的流體稱為管流體流經(jīng)殼程的流體稱為殼流體概念管子兩端固定在位于殼體兩端的固定管板上只有一個管板，換熱管彎成U形管板一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封兩端管板之一不與殼體連接2.1類型和結(jié)構(gòu)小結(jié)現(xiàn)在是53頁\一共有114頁\編輯于星期二54單管程多管程當(dāng)管流體一次通過管程稱為單管程當(dāng)熱交換器傳熱面積比較大，所需管子數(shù)目比較多時，為提高管流體流速，我們通常將換熱管平均分為若干組，使流體在管內(nèi)依次往返多次，稱為多管程。單殼程多殼程當(dāng)流體一次通過殼程稱為單殼程。為提高流體的流速也可以將殼程分為多程，分程可使殼流體流速增大，擾動加劇，有助于強(qiáng)化傳熱，但是殼程分程，不僅使流動阻力增大，且制造安裝較為困難。因此工程上應(yīng)用較少。2.1類型和結(jié)構(gòu)小結(jié)現(xiàn)在是54頁\一共有114頁\編輯于星期二55任務(wù):確定設(shè)備的主要尺寸內(nèi)容:管程流通截面積確定殼體直徑殼程流通截面積進(jìn)出口連接管尺寸2.2管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)計算現(xiàn)在是55頁\一共有114頁\編輯于星期二56式中：At——為管程流通截面積，m2；Mt——為管程流體的質(zhì)量流量，Kg/s；ρt——為管程流體的密度，Kg/m3；Wt——為管程流體的流速，m/s；需管數(shù)n式中：d1——管子內(nèi)徑，m；2.2.1管程流通面積計算流通面積：現(xiàn)在是56頁\一共有114頁\編輯于星期二57每根管子的長度L為式中：F——熱計算所需要的傳熱面m2d——管子的計算直徑，m計算直徑的選取方法：一般情況下，管子的計算直徑取換熱系數(shù)小的那一側(cè)的，只有在兩側(cè)的換熱系數(shù)相近時才取平均直徑作為計算直徑。為什么？2.2.1管程流通面積計算現(xiàn)在是57頁\一共有114頁\編輯于星期二58換熱管長度與殼體直徑比值在4-25之間，通常為6~10GB151-1999推薦的換熱管長度采用：1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12m等。若所得的管長過長，則應(yīng)該做成多程的熱交換器。換熱管長度：管程數(shù)Zt為：式中：l——所確定的管子的長度，mL——管程總長，m2.2.1管程流通面積計算現(xiàn)在是58頁\一共有114頁\編輯于星期二59管子的總根數(shù)n——每程管數(shù)式中：流程數(shù)的選?。哼^多隔板在管板上占去過多的面積，管板排管數(shù)降低增加流體穿過隔板墊片短路的機(jī)會增加流體的轉(zhuǎn)彎次數(shù)及流動阻力2.2.1管程流通面積計算程數(shù)宜取偶數(shù)，以使流體的進(jìn)、出口連接管做在同一封頭管箱上，便于制造。現(xiàn)在是59頁\一共有114頁\編輯于星期二60內(nèi)徑方法作圖（可靠，準(zhǔn)確）估算式中：b′——管束中心線上最外層管中心至殼體內(nèi)壁距離，b′＝（1～1.5）d0(d0為管外徑)。鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定加以確定b——沿六邊形對角線上的管數(shù)。當(dāng)管子按照等邊三角形排列時當(dāng)管子接正方形排列時殼體的外徑強(qiáng)度公稱直徑小于或等于400mm的熱交換器，可以采用無縫鋼管制作圓筒，卷制圓筒的公稱直徑以400mm為基礎(chǔ)，以100mm為進(jìn)級檔，必要的時候允許以50mm為進(jìn)級檔。2.2.2殼體直徑的確定現(xiàn)在是60頁\一共有114頁\編輯于星期二612.2.3殼體流動截面積的計算（1）縱向隔板內(nèi)容：確定縱向隔板或折流板的數(shù)目與尺寸。AS′——為殼程流通截面積，m2；Ms——殼程流體的質(zhì)量流量，Kg/s；ρs——殼程流體的密度，Kg/m3ws——殼程流體的流速，m/s；現(xiàn)在是61頁\一共有114頁\編輯于星期二62縱向隔板長度確定的基本原則：流體在縱向隔板轉(zhuǎn)彎時的流速各流程中順管束流動時速度。殼程流通截面積：流程數(shù)：2.2.3殼體流動截面積的計算（1）縱向隔板現(xiàn)在是62頁\一共有114頁\編輯于星期二632.2.3殼體流動截面積的計算（2）弓形折流板缺口高度缺口處的流通截面積兩折流板間錯流的流通截面積缺口高度確定原則：為避免流動速度變化引起壓降，流體在缺口處的流通截面積與流體在兩折流板間錯流的流通截面積接近?，F(xiàn)在是63頁\一共有114頁\編輯于星期二642.2.3殼體流動截面積的計算（3）盤環(huán)形折流板環(huán)板圓孔處的流通面積a1盤板的流通面積a2環(huán)板的流通面積a3a3——盤周至圓筒內(nèi)壁截面減去該處管子所占面積Dm——環(huán)內(nèi)徑D1和盤徑D2的算術(shù)平均值sn——與流向垂直的管間距現(xiàn)在是64頁\一共有114頁\編輯于星期二652.2.4進(jìn)出口連接管直徑的計算現(xiàn)在是65頁\一共有114頁\編輯于星期二662.3管殼式熱交換器的傳熱計算目的：設(shè)計的熱交換器能在傳熱系數(shù)、傳熱面積、平均溫差等方面

的綜合結(jié)果滿足傳熱方程式的要求?，F(xiàn)在是66頁\一共有114頁\編輯于星期二672.3.1傳熱系數(shù)的確定經(jīng)驗選用數(shù)據(jù)實驗測定通過計算確定傳熱系數(shù)的主要方法：現(xiàn)在是67頁\一共有114頁\編輯于星期二682.3.2傳熱系數(shù)的確定圓管的傳熱系數(shù)確定以外表面積為基準(zhǔn)時：0——表示管外；i——表示管內(nèi)；以內(nèi)表面為基準(zhǔn)時現(xiàn)在是68頁\一共有114頁\編輯于星期二692.3.2傳熱系數(shù)的確定圓管的傳熱系數(shù)確定近似計算（管壁比較薄）外表面內(nèi)表面rs,i——管內(nèi)壁的污垢熱阻，m2℃/W；rs,o——管外壁的污垢熱阻，m2℃/W；δw——管壁厚度，m；λw——管材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m℃；dm——管子的平均直徑現(xiàn)在是69頁\一共有114頁\編輯于星期二702.3.2傳熱系數(shù)的確定圓管的傳熱系數(shù)確定金屬壁面的導(dǎo)熱熱阻<<流體的對流換熱熱阻對于新的熱交換器污垢熱阻可以忽略不計條件d0≈di非金屬材料不適用現(xiàn)在是70頁\一共有114頁\編輯于星期二712.3.2換熱系數(shù)的計算1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)確定在試驗基礎(chǔ)上，把它的變化規(guī)律用努謝爾準(zhǔn)則數(shù)（Nu），或傳熱因子（jh）與雷諾數(shù)(Re)之間的關(guān)系用公式或線圖形式表示出來。對流換熱強(qiáng)度流體的流動狀態(tài)現(xiàn)在是71頁\一共有114頁\編輯于星期二722.3.2換熱系數(shù)的計算1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)確定科恩傳熱因子柯爾本傳熱因子關(guān)系現(xiàn)在是72頁\一共有114頁\編輯于星期二732.3.2換熱系數(shù)的計算殼側(cè)換熱計算無折流板：

有折流板：縱向流過管束當(dāng)量直徑管內(nèi)湍流求出按照孔式折流板盤環(huán)折流板弓形折流板現(xiàn)在是73頁\一共有114頁\編輯于星期二742.3.2換熱系數(shù)的計算弓形折流板廷克殼側(cè)流體流動模型殼側(cè)流體分為錯流、漏流及旁流流路流路A流路B流路C流路D流路E管子與折流板上的管孔之間存在間隙流路A折流板前后存在壓差泄漏管外壁的結(jié)垢特點：流路在環(huán)形間隙內(nèi)有較高的換熱系數(shù)，主流速度低，對傳熱不利?，F(xiàn)在是74頁\一共有114頁\編輯于星期二752.3.2換熱系數(shù)的計算弓形折流板流路B：橫向流過管束B特點：對傳熱和阻力影響最大流路C：管束最外層管子與殼體之間存在間隙

而產(chǎn)生的旁路。C特點：通過設(shè)置旁路擋板，改善這個流路對傳熱的影響。流路D：折流板和殼體內(nèi)壁間存在一定間隙所形成的漏流。D特點:漏流/溫度發(fā)生畸變流路E:多管程，安置分程隔板而使殼程形成了不為管子所占據(jù)的通道，若用來形成多管程的隔板設(shè)置在主橫向流的方向上它將會造成一股或多股旁路現(xiàn)在是75頁\一共有114頁\編輯于星期二762.3.2換熱系數(shù)的計算1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)內(nèi)容：理想管束的傳熱因子校正錯流通過理想管束操作條件換器結(jié)構(gòu)參數(shù)貝爾法現(xiàn)在是76頁\一共有114頁\編輯于星期二77結(jié)構(gòu)參數(shù)計算1、總管數(shù)nt;2、錯流區(qū)排管總數(shù)NCDS——熱交換器殼體內(nèi)徑sP——管間距，m圖中讀出圖中讀出估算3、兩折流板頂部錯流面積占總面積的百分?jǐn)?shù)FC′1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)貝爾法2.3.2換熱系數(shù)的計算4、每一缺口內(nèi)的有效錯流管排數(shù)NCW現(xiàn)在是77頁\一共有114頁\編輯于星期二78結(jié)構(gòu)參數(shù)計算1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)貝爾法2.3.2換熱系數(shù)的計算5、錯流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)FbP若有E路存在時NE——管程隔板所占的通道數(shù)，（E流路數(shù)）LE——E流道的寬度6、一塊折流板上管子和管孔之間的泄漏面積AtbdH——為管孔直徑nt——總管數(shù);現(xiàn)在是78頁\一共有114頁\編輯于星期二79結(jié)構(gòu)參數(shù)計算1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)貝爾法2.3.2換熱系數(shù)的計算Db——折流板直徑，mDs——表示熱交換器殼體內(nèi)徑，m7、折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間的泄漏面積Asb8、流體通過缺口的流通面積Ab現(xiàn)在是79頁\一共有114頁\編輯于星期二80結(jié)構(gòu)參數(shù)計算1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)貝爾法2.3.2換熱系數(shù)的計算9、缺口的當(dāng)量直徑DW(用于Re≤100的情況)10、折流板數(shù)目如果進(jìn)出口段板間距不等于ls,則ls,I,——進(jìn)口段從折流板到管板的距離ls,o,——出口段從折流板到管板的距離現(xiàn)在是80頁\一共有114頁\編輯于星期二81貝爾法計算殼程換熱系數(shù)的過程：1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)2.3.2換熱系數(shù)的計算1、由理想管束的傳熱因子圖查出柯爾本傳熱因子jH假定：殼程流體全部錯流流過管束2、查取折流板的校正因子jc,缺口處不排管的結(jié)構(gòu)jc=1現(xiàn)在是81頁\一共有114頁\編輯于星期二823、查取折流板泄漏影響的校正因子j1(A和E流路)，4、查取旁通影響的校正因子jb5、折流板間距不等時的校正因子js6、逆溫梯度的校正因子7、計算殼程傳熱因子jj0=jHjcj1jbjsjr8、計算處殼程換熱系數(shù)α0貝爾法計算殼程換熱系數(shù)的過程：1）管內(nèi)、外換熱系數(shù)2.3.2換熱系數(shù)的計算現(xiàn)在是82頁\一共有114頁\編輯于星期二832）與換熱系數(shù)有關(guān)的幾個問題2.3.2換熱系數(shù)的計算（1）定性溫度取法流體的平均溫度壁面溫度流體和壁面的平均溫度油類高粘度流體卡路里溫度流體進(jìn)出口的算數(shù)平均溫度分段計算現(xiàn)在是83頁\一共有114頁\編輯于星期二842）與換熱系數(shù)有關(guān)的幾個問題2.3.2換熱系數(shù)的計算（2）定型尺寸選取原則：對流體運動或傳熱發(fā)生主要影響的尺寸。圓管內(nèi)的換熱過程：取管子內(nèi)徑di圓管管外強(qiáng)迫流動換熱：管子外徑d0非圓形管道：當(dāng)量直徑d0A——流體的流通截面積U——濕周邊或熱周邊長現(xiàn)在是84頁\一共有114頁\編輯于星期二852）與換熱系數(shù)有關(guān)的幾個問題2.3.2換熱系數(shù)的計算（3）粘度修正非定溫流動熱流方向因子修正項Pr的不同方次加熱冷卻壁溫未知試差法近似值液體冷卻氣體加熱現(xiàn)在是85頁\一共有114頁\編輯于星期二862）與換熱系數(shù)有關(guān)的幾個問題2.3.2換熱系數(shù)的計算（4）同時存在對流與輻射換熱具有輻射能力的氣體溫度較高對流總換熱系數(shù)輻射現(xiàn)在是86頁\一共有114頁\編輯于星期二872.3.3壁溫的計算放熱側(cè)壁溫吸熱側(cè)壁溫式中：rs,1,rs,2——分別為放熱側(cè)、吸熱側(cè)污垢熱阻K，α應(yīng)在同一基準(zhǔn)表面計算注意：現(xiàn)在是87頁\一共有114頁\編輯于星期二882.3.3壁溫的計算試算法壁溫?fù)Q熱系數(shù)步驟假定一側(cè)壁溫(如tw1)求這側(cè)的換熱系數(shù)（α1）計算另一側(cè)壁溫（tw2）算另一側(cè)的換熱系數(shù)α2算另一側(cè)的單位面積傳熱量（q2）假定壁溫正確q1=q2q1≠q2結(jié)束重新假定壁溫(如tw1)現(xiàn)在是88頁\一共有114頁\編輯于星期二892.4管殼式熱交換器的流動阻力計算黏性流動阻力產(chǎn)生的根源流動阻力產(chǎn)生的條件固體壁面流動阻力大小的決定因素物理性質(zhì)流動狀況壁面因素?zé)峤粨Q器流動阻力分類摩擦阻力局部阻力現(xiàn)在是89頁\一共有114頁\編輯于星期二902.4.1管程阻力計算管殼式熱交換器的阻力管程阻力殼程阻力阻力不允許超過允許范圍管程阻力的計算沿程阻力△Pi回彎阻力△Pr進(jìn)出口連接管阻力△PN現(xiàn)在是90頁\一共有114頁\編輯于星期二91沿程阻力△Piλ——莫迪圓管摩擦系數(shù)wt——管內(nèi)流體流速式中：φi——管內(nèi)流體粘度校正因子當(dāng)Re>2100φi＝（μ/μw）-0.14當(dāng)Re<2100φi＝（μ/μw）-0.252.4.1管程阻力計算現(xiàn)在是91頁\一共有114頁\編輯于星期二922.4.1管程阻力計算回彎阻力△Przt——管程數(shù)進(jìn)出口連接管阻力氣體非等溫流動附加阻力△Pa內(nèi)阻力△Ps

總阻力△P＝△Pi＋△Pl＋△Pa+△Ps現(xiàn)在是92頁\一共有114頁\編輯于星期二932.4.1殼程阻力計算無折流板管程阻力公式計算殼程阻力殼程的摩擦系數(shù)管程摩擦系數(shù)>殼程的壓降管程的壓降＜雷諾數(shù)相同光滑管圓管錯流Re=102~5*104順列管束錯列管束現(xiàn)在是93頁\一共有114頁\編輯于星期二94弓形折流板的殼程阻力貝爾法理想管束的摩擦系數(shù)圖查取理想管束的摩擦系數(shù)fk計算每一理想錯流段阻力△PbkMs——殼程流體質(zhì)量流量，Kg/s.2.4.1殼程阻力計算折流板泄漏旁路進(jìn)出口段折流板間距校正現(xiàn)在是94頁\一共有114頁\編輯于星期二952.4.1殼程阻力計算折流板泄漏旁路折流板泄漏對阻力的影響校正系數(shù)圖2.37旁路對阻力的影響的校正系數(shù)圖2.38進(jìn)出口段折流板間距當(dāng)Re≥100時，n′=1.6當(dāng)Re＜100時，n′=1現(xiàn)在是95頁\一共有114頁\編輯于星期二962.4.1殼程阻力計算折流板泄漏旁路折流板泄漏對阻力的影響校正系數(shù)圖2.37旁路對阻力的影響的校正系數(shù)圖2.38進(jìn)出口段折流板間距當(dāng)Re≥100時，n′=1.6當(dāng)Re＜100時，n′=1殼程的總阻力現(xiàn)在是96頁\一共有114頁\編輯于星期二972.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計一、流體在熱交換器內(nèi)流動空間的選擇原則1、提高傳熱系數(shù)受到限制的那一側(cè)的換熱系數(shù)，使傳熱面兩側(cè)的傳熱條件盡量接近。2、節(jié)省金屬材料3、清洗污垢方便4、減少熱量，冷量損失5、減少殼體和管子因受熱不同而產(chǎn)生的溫差應(yīng)力6、在高壓下工作的熱交換器，使密封簡單可靠7、便于流體的流入，分配和排出現(xiàn)在是97頁\一共有114頁\編輯于星期二982.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計二、流體溫度和終溫的確定流動方式傳熱面積已知平均溫差傳熱單元數(shù)法順流現(xiàn)在是98頁\一共有114頁\編輯于星期二992.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計二、流體溫度和終溫的確定順流逆流現(xiàn)在是99頁\一共有114頁\編輯于星期二1002.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計二、流體溫度和終溫的確定可以參考數(shù)據(jù)選擇流體度和換熱終溫:

熱端溫差不小于20℃冷端溫差不小于5℃冷卻器冷凝器冷流體的初溫應(yīng)高于熱流體的凝固點含有不凝結(jié)氣體冷凝，冷流體的終溫要求低于被冷凝氣體的露點以下5℃空冷式熱交換器熱流體出口和空氣進(jìn)口之間的溫差不低于20℃現(xiàn)在是100頁\一共有114頁\編輯于星期二1012.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計三、管子直徑的選擇小管徑優(yōu)點：增強(qiáng)傳熱增大單位體積傳熱面積缺點：流動阻力增大管子與管板連接處的泄漏的可能性增大容易積垢管長與管徑的比例關(guān)系：單管程，且略去內(nèi)徑與計算直徑的差別現(xiàn)在是101頁\一共有114頁\編輯于星期二1022.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計四、流體流動速度的選擇流體的流動速度要盡量使流體呈湍流狀態(tài)避免產(chǎn)生過大壓降考慮機(jī)械條件與結(jié)構(gòu)要求機(jī)械條件限制流速的提高應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生水力沖擊，振動以及沖蝕等現(xiàn)象

提高流速時，管數(shù)少，為保證所需要的傳熱面積必須增大管子的長度，增加程數(shù)。但是要考慮到清洗和拆換的不便。實際選用的流速低于最佳流速，但流速的低限應(yīng)該保持在湍流范圍內(nèi)?，F(xiàn)在是102頁\一共有114頁\編輯于星期二1032.5管殼式熱交換器的合理設(shè)計四、流體流動速度的選擇現(xiàn)在是103頁\一共有114頁\編輯于星期二1042.6管殼式熱交換器設(shè)計程序⑴確定流動路徑，根據(jù)任務(wù)計算傳熱負(fù)荷，確定流體進(jìn)、出的溫度，選定換熱器形式，計算定性溫度，查取物性，計算平均溫差，初選傳熱系數(shù)K',并初