化工設(shè)備的工藝設(shè)計與選型-換熱器的選用與設(shè)計程序

課程：化工工藝初級設(shè)計知識點：換熱器設(shè)計與選型板式換熱器

浮頭式換熱器套管式換熱器

U形管式換熱器

螺旋管式換熱器

列管式換熱器換熱器的分類1.按工藝功能分類

(1)冷卻器(2)加熱器(3)再沸器(4)冷凝器(5)蒸發(fā)器(6)過熱器(7)廢熱鍋爐(8)換熱器2．按換熱器作用原理分類：間壁式：熱冷流體由固體壁面隔開，是應(yīng)用最廣的換熱器，如管殼式換熱器。直接式：熱冷流體發(fā)生接觸和混合，如涼水塔。蓄熱式：流體交替與固體蓄熱體發(fā)生接觸傳熱，如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。3.按傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)分類：管式換熱器：如管殼式、套管式、蛇管式換熱器。板式換熱器：如平板式、螺旋板式、板翅式換熱器。特殊形式換熱器：如熱管式換熱器。

管式換熱器蛇管式或浸沒式套管式管殼式固定管板式帶溫度補(bǔ)償式帶繞性構(gòu)件帶膨脹節(jié)的固定管板式帶繞性管的固定管板式管束可以伸縮浮頭式滑動管板式U型管式雙套管式（A）固定管板式換熱器（JB/T4715—92）固定管板式列管式換熱器公稱壓力PN：0.25—6.4MPa，公稱直徑：鋼管159—325mm

卷制400—1800mm長度：L＝1500—9000mm換熱管直徑：f19，f25換熱面積：1—2100m3管程數(shù)：單、2、4、6有立式、臥式、臥式重疊式公稱壓力：浮頭式換熱器：PN1.0—6.4MPa;

浮頭式冷凝器：PN1.0—4.0MPa，公稱直徑：內(nèi)導(dǎo)流式換熱器：鋼管325—426mm

卷制400—1800mm

外導(dǎo)流式換熱器：卷制500—1000mm

冷凝器：鋼管426mm

卷制400—1800mm長度：L＝3000—9000mm換熱管直徑：波紋管和光管；f19，f25管程數(shù)：單、2、4、6；有臥式、臥式重疊式（B）浮頭式換熱器（JB/T4714-92）公稱壓力PN：1.0—6.4MPa;公稱直徑：鋼管325、426mm

卷制400—1200mm長度：L＝3000、6000mm換熱管直徑：波紋管和光管；f19，f25管程數(shù)：單、2、4；有臥式、臥式重疊式（C）U型管式換熱器（JB/T4717-92）U形管式換熱器滿足工藝操作條件能長期運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠不泄漏維修清洗方便滿足工藝要求的傳熱面積盡量有較高的傳熱效率流體阻力盡量小滿足工藝布置的安裝尺寸等要求換熱器設(shè)計的一般原則（A）基本要求清洗方便——易結(jié)垢流體走管程流體壓力——高壓流體走管程減少腐蝕機(jī)會——腐蝕性大的流體走管程毒性物質(zhì)的泄漏——毒性大的走管程熱能合理利用——冷卻時，熱流體走殼程蒸汽加熱時——蒸汽走殼程：排不凝氣、冷凝液、清潔、減少熱應(yīng)力流體的粘性——粘性大的走殼程，有利于折流擋板增大湍動。對流傳熱系數(shù)——大者走殼程，減少熱應(yīng)力（B）

介質(zhì)流程（以固定管板式換熱器為例）換熱器設(shè)計的一般原則換熱器設(shè)計的一般原則（C）

終端溫度熱端的溫差應(yīng)在20℃以上；用水或其他冷卻介質(zhì)冷卻時，冷端溫差可以小一些，但不要低于5℃；當(dāng)用冷卻劑冷凝時，冷卻劑的進(jìn)口溫度應(yīng)當(dāng)高于工藝流體中最高凝點組分的凝點5℃以上；空冷器的最小溫差應(yīng)大于20℃；冷凝含有惰性氣體的流體時，冷卻劑出口溫度至少比冷凝組分的露點低5℃。換熱器設(shè)計的一般原則（D）流速流速較高，可提高傳熱效率，有利于沖刷污垢和沉積；但流速不能過大。流體在直管內(nèi)常用流速流體在殼程內(nèi)的常用流速冷卻水（淡水）0.7～3.5m/s水及水溶液0.5～1.5m/s冷卻水（海水）0.7～2.5m/s低黏度油類0.4～1.0m/s低黏度油類0.8～1.8m/s高黏度油類0.3～0.8m/s高黏度油類0.5～1.5m/s油類蒸汽3.0～6.0m/s油類蒸汽0.5～1.5m/s氣液混合物0.5～3.0m/s氣液混合物2.0～6.0m/s對易燃易爆液體，設(shè)計上要考慮安全允許速度。換熱器設(shè)計的一般原則（E）壓力降操作壓力p(MPa)壓力降

p(MPa)操作壓力p(MPa)壓力降

p(MPa)真空（0~0.1MPa絕壓）

p=p/101.0~3.0

p=0.035~0.180~0.07MPa（表壓）

p=p/23.0~8.0

p=0.07~0.250.07~1.0MPa（表壓）

p=0.035換熱器設(shè)計的一般原則增加a值的方法：

①縮小通道截面積②增設(shè)擋板或促進(jìn)產(chǎn)生湍流的插入物③管壁上增加翅片④糙化傳熱面積（F）傳熱系數(shù)換熱器設(shè)計的一般原則換熱器使用中會在壁面產(chǎn)生污垢，在設(shè)計換熱器時要慎重考慮流速和壁溫的影響。

從工藝上降低污垢系數(shù)，如改進(jìn)水質(zhì)，消除死區(qū)，增加流速，防止局部過熱等。(G)污垢系數(shù)(H)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)系列管殼式換熱器的設(shè)計和系列選用（1）匯總設(shè)計數(shù)據(jù)、分析設(shè)計任務(wù)

根據(jù)工藝衡算和工藝物料的要求、特性，獲得物料流量、溫度、壓力和化學(xué)性質(zhì)、物性參數(shù)等。（

2）設(shè)計換熱流程

充分利用熱量，充分利用熱源。（3）選擇換熱器的材質(zhì)

據(jù)介質(zhì)腐蝕性能等，按照操作壓力、溫度、材料規(guī)格和制造價格等綜合選擇。（4）選擇換熱器類型（5）確定換熱器中冷熱流體的流向

據(jù)熱載體的性質(zhì)、換熱任務(wù)和換熱器結(jié)構(gòu)，決定采用并流，逆流或錯流折流等。管殼式換熱器的設(shè)計和系列選用（6）確定和計算平均溫差△tm

（7）計算熱負(fù)荷Q、流體給熱系數(shù)a（8）估計污垢熱阻系數(shù)并初算出傳熱系數(shù)K利用現(xiàn)有各種工藝算圖、公式可以方便地求取K。K常常選取一些經(jīng)驗值。（9）算出總傳熱面積A。（10）調(diào)整溫度差，再算一次傳熱面積。在工藝的允許范圍內(nèi)，調(diào)整介質(zhì)的進(jìn)出口溫度，或者考慮到生產(chǎn)的特殊情況，重新計算Atm，并重新計算