《2022年管殼式換熱器方案要點》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2022年管殼式換熱器方案要點（16頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、個人資料整理僅限學習使用管殼式換熱器的設計要點換熱器的設計過程包括計算換熱面積和選型兩個方面。有關換熱器的選型問題，前面已經講過了，下面主要介紹管殼式換熱器的設計要點及如何分析計算結果、調整計算，而設計出滿足工藝需要的、傳熱效率高的換熱器。11.1 設計計算的基本模型及換熱器的性能參數換熱器的性能主要是通過下列公式來描述的。a.冷、熱兩流體間熱量平衡Qreq=(WCp Thot=(WCpTcoldW-流體質量流量Cp-流體的比熱hot-熱流體cold-冷流體T-進出口溫度差b.傳熱率方程Qact=(A(Tm(1/RR=(1/hio+(1/hoo+(Rfo+(RwoR-總熱阻A-傳熱面hi、ho

2、-分別為兩流體的傳熱膜系數Rf-兩流體的污垢熱阻精選學習資料 -名師歸納總結-第 1 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用Rw-金屬壁面熱阻Tm-平均溫度差O-通常換熱計算以換熱管外表面為基準c.傳熱率的估算QactQreqd.對壓力降的限制條件(Piact (Piallow(Poact(PoallowP-壓力降下標 i 表示管內下標 o 表示管外11.2 換熱器的計算類型換熱器的計算類型常分為設計計算和校核計算兩大類。換熱器計算一般需要三大類數據：結構數據、工藝數據和物性數據，其中結構數據的選擇在換熱器中最為重要。在管殼式換熱器的設計中包含有一系列的選擇問題，如殼體型式、管程數、管子類型

3、、管長、管子排列、折流板型式、冷熱流體流動通道方式等方面的選擇。工藝數據包括冷、熱流體的流量、進出口溫度、進口壓力、允許壓降及污垢系數等。物性數據包括冷、熱流體在進出口溫度下的密度、比熱容、粘度、導熱系數、表面張力。a.設計計算 Design設計計算就是通過給定的工藝條件，來確定一臺未知換熱器的結構參數，并使其結構最優(yōu)、尺寸最小。對設計計算應先確定下列基本的幾何參數：精選學習資料 -名師歸納總結-第 2 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用管長管間距流向角換熱管外徑及管壁厚b.校核計算 Rating校核計算就是評估一臺已知換熱器的傳熱性能，即通過校核設備的幾何尺寸來看其是否能滿足傳熱要求。

4、校核計算應已知下列基本的幾何參數：管程數殼內徑/管數折流板間距/折流板數管長/管間距流向角管內徑/管壁厚11.2.1設計元素的選取設計計算時應考慮下列的幾個基本設計元素：殼體型式：TEMAE，F(xiàn)，G，J，K，X。殼內徑：通常最大為2M。換熱管幾何尺寸：光管、翅片管管徑(19mm,25.4mm等精選學習資料 -名師歸納總結-第 3 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用管長系列(3m,5m,6m,7.2m 等管子排列角：30，60，45，90管間距：1.25 1.50倍的管子外徑折流板型式：單圓缺、雙圓缺、管窗內不排管及為防止管子振動而加的支承板。11.3 最終計算結果的分析目前，換熱器計算常

5、用的計算軟件為美國的HTRI 和英國的HTFS，這兩大軟件均為在國際上享有盛譽的傳熱設備專用計算軟件。當設計計算結束后，如何根據實際的工況，來判斷計算結果是否滿足要求，出現(xiàn)問題后如何解決，這對設計者來說都是很重要的,在評價最終設計計算時應考慮并校核以下各項。11.3.1 總體設計尺寸細長型的換熱器比短粗型要經濟，通常情況下管長和殼徑之比為5 10，但有時根據實際需要，長、徑之比可增到15 或 20，但不常見。對立式熱虹吸再沸器，要控制其長、徑比在 3 10 之內。11.3.2 熱阻大小首先根據流體的物系及實際經驗來推斷一下傳熱系數值是否合理，應特別注意管內雷諾數的大小。在層流流動(管側 Re2

6、000,殼側 Re和過渡區(qū)流動中，應使用分段計算的方式(HTFS 程序無此功能，以確保傳熱系數值計算的正確。在評估計算結果的同時，應考慮程序計算的精確度。如果熱阻在管側和殼側分布平衡，則該設計是好的，如果一側熱阻值過大，應該分析原因，分析管、殼側冷、熱流體的分布是否合理，如果是由于某一側污垢系數過大而引起的，則可不必進一步修改原設計。11.3.3 設計余量換熱器設計計算時設計余量值的大小取決于計算精度、實際經驗及對現(xiàn)場的操作控制等。例如：對冷卻水換熱器，當水流速大于1.5m/s 時，沒必要給出過大的設計余量，過大的余精選學習資料 -名師歸納總結-第 4 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用

7、量反而會造成水流速的降低。但對層流和過渡區(qū)流動，由于計算精度不好，故需要給出較大的設計余量，通常需要在考慮了傳熱阻力值的大小和程序的計算精度后決定。對再沸騰器，過大的設計余量反而是無益的，特別是在設備運轉初期，會發(fā)生如控制困難等操作問題。另外，有些設計計算，為了滿足允許壓降值的限制，可能會造成設計余量較大，此時應根據實際經驗來判定計算結果是否正確或對允許壓降值的大小作適當的調整。11.3.4 壓降的利用和分布允許壓降必須盡可能加以利用，如果計算壓降與允許壓降有實質差別，則必須嘗試改變設計參數。在校核了計算所得壓降值是否小于允許值之后，應對壓降的分布作進一步的校核，這其中包括有進、出口接管處壓降

8、、錯流和管窗流的壓降,壓力降必須大部分分布在換熱率高的地方，如橫掠管束的錯流流動處；如果在接管或管窗處的壓降占總壓降的比例較大，應考慮增大接管尺寸及折流板間距。一般對進、出口接管的壓降希望控制在總壓降的30左右。特別對有軸向接管的換熱器，接管部分的壓降最好控制在總壓降的30以下，否則會造成管子進口處的偏流。為防止物流對殼程入口處的管子進行沖擊，引起振動和腐蝕，一般均在換熱器殼程進口處設置防沖板或分布器，在計算壓降時要有所考慮。另一個必須記住的事實是，允許壓降是人為給定的，所以，如果在設計中允許壓降得到了充分利用，而增加一點壓降會增加很大的經濟性，則應再行設計并考慮增加允許壓降的可能性。11.3

9、.5 流速需校核管子進出口處、殼側進口處和接管內的流速。一般來說流體流速在允許壓降范圍內應盡量選高一些，以便獲得較大的換熱系數和較小污垢沉積，但流速過大會造成腐蝕并發(fā)生管子振動，而流速過小則管內易結垢。對冷卻水系統(tǒng)，設計計算時可參考下表中推薦的值(碳鋼管。最 小 流 速最 大 流 速推 薦 值管側1.0 m/s3.0 m/s 大于 1.5m/s殼側0.5 m/s1.5 m/s0.7 1.0m/s如果冷卻水的流速低于上表中的最小流速，最好征得工藝工程師的同意增大允許壓降或變化冷卻水的流率。精選學習資料 -名師歸納總結-第 5 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用對冷卻水以外的單相和兩相流用

10、v2值判斷。對殼側進口流速，按TEMA規(guī)定 v2值不能超過 5950 Kg/MS2(碳鋼管。對管窗內不排管換熱器，管窗流速應為錯流速度的2 2.5倍，氣體和蒸汽的流速可在8 30m/s 之間。11.3.6 殼側流路分析HTRI 程序在計算結果中對殼側各流路給出了較詳細的分析，可以參考下表中給A,B,C,E,F流的推薦值。精選學習資料 -名師歸納總結-第 6 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用流路 A 折流板管孔和管子之間的泄漏流路；流路 B 錯流流路；流路 C 管束外圍和殼內壁之間的旁流流路；流路 E 折流板與殼內壁之間的泄漏流路；流路 F管程分程隔板處的中間穿流流路。流路名稱Flow

11、FractionB錯流0.6(湍流，Re3000.4(層流，Re300B流路對傳熱有利，其值應盡量大。CF旁流0.1C，F(xiàn)值最好不超過 0.1,為滿足這一條件，可使用密封裝置。對浮頭式或小殼徑殼體的換熱器，如果C值較大，應使用密封裝置。對U型管或管程數較多的換熱器，通常F值會較大，應考慮在管程分程隔板處使用密封裝置(如密封墊或密封桿 或改變管子排列方式和折流板圓缺位置。A泄漏流0.15應盡量減少泄漏，但當污垢系數超過0.0008m2hC/kcal時，由于污垢可能會將管子和折流板管孔之間的間隙堵塞，因此，A值較大也無妨，但此時對殼側壓力損失應留有余量，最好計算一下。一但間隙被堵塞，殼側壓降為多大

12、。E泄漏流0.05E值會造成溫度剖面的變形，如果E值大于 0.15,可使用雙圓缺折流板。精選學習資料 -名師歸納總結-第 7 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用最大限度地加大Bstream(錯流，減少泄漏流，而事實上漏流不可能也不必要被全部阻止，因為安裝換熱器時總需要有間隙。11.3.7對折流板的設計分析單圓缺和雙圓缺折流板為管殼式換熱器中常用的折流板型式，換熱器中折流板的布置對設計計算有很大影響，一般從下面幾各方面來檢查原設計是否合理。a.從流體流動、傳熱和污垢系數等方面考慮，最好將折流板的圓缺高度控制在殼體直徑的20 30，而板間距則控制在殼體直徑30 50 之間,并不應小于 50m

13、m。b.避免大圓缺小間距或小圓缺大間距的設計。應優(yōu)化選取折流板圓缺的大小和板間距大小，通常值(折流板圓缺修正系數最好在 0.9 0.92之間。c.除了管窗內不排管以外，流體的錯流速度和在管窗內的流動速度不應相差太大，流體在 Xflow 和 Window 內的速度大并且越接近越好。d.如果殼側壓降受到允許壓降的限制，考慮使用雙圓缺折流板，若還是不行，考慮變化殼體型式，選用TEMA 的 J、G、H、X型殼體。11.3.8 有效平均溫差在 HTRI 程序中是這樣描述有效平均溫差的:EffectiveMTD=(LMTD(F(DELTA其中：LMTD 為對數平均溫差F(TUBE(BAFFLES(F/G(

14、HOT/COLDTUBE:即 Ft，是對管側多管程流動的修正系數。通常設計計算時應保證Ft 大于 0.8。當 Ft 小于 0.8 時,換熱器的經濟效益是不合理的，此時應另選其它流動型式，以提高Ft 值。如：增加管程數或殼程數，或著用幾臺換熱器串聯(lián)，必要時亦可調整溫度條件。但在特殊情況下，如溫度有0.5 1.0 C交叉時，F(xiàn)t0.75,也能接受。精選學習資料 -名師歸納總結-第 8 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用BAFFLE:即折流板數修正系數。當折流板數較少時，殼側流體的混合流動性能較低，故需進行修正。通常此值等于1.0。DELTA:溫度變形系數。這個系數是用來計算E流對溫度差的影響

15、大小的。設計計算時希望 A 0.8,若A 0.8,應考慮采用E流路小的折流板型式，也可增加換熱器的串聯(lián)數。HOT/COLD：是對由于物性參數變化而造成的總傳熱系數變化的修正，通常為0.981.0。F/G：在 TEMAF 型殼體和G型殼體中，有一縱向橫隔板，F(xiàn)/G 就是對通過此板的熱量泄漏的修正。如果F/G 0.95,考慮使用保溫板或增加殼程串聯(lián)數。11.3.9 總傳熱系數首先從流體的相態(tài)、物性和以往經驗上來分析計算結果是否合理。另外，污垢系數的選取對傳熱系數也有很大的影響，對計算結果應綜合分析，并結合實際經驗來評定。11.3.10 管子振動換熱管的管束屬于彈性體，被流過的流體擾動，離開其平衡位

16、置，管子產生振動。在殼側，拉桿和隔板也有振動的傾向，但這些部件的剛性比管子大，所以不容易被激起振動。設計計算結束后為保證換熱器的穩(wěn)定操作，應校核計算結果中的有關管振動各項數值，如：臨界 流 動 速 度(criticalvelocity、渦 流 脫 落(vortexshedding、湍 流 抖 振(turbulentbuffeting、聲音共振(acousticresonance和振幅等。通常當折流板間距(包括進、出口處 超過 400mm 時，有可能發(fā)生管子振動。當殼側物流為液體時，需仔細檢查臨界流動速度及渦流脫落頻率值的大??；而當殼側物流是氣體時，應仔細檢查臨界流動速度、渦流脫落、湍流抖振、聲

17、音共振和振幅等值是否滿足無振動的要求。如果因為在進、出口處的折流板間距過大而造成了振動，可通過在接管口下增加支撐板來避免。另外為避免振動的發(fā)生，折流板間距應小于TEMA 最大不支撐長度的80。11.4 如何調整設計方案，得到最佳計算結果精選學習資料 -名師歸納總結-第 9 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用通常情況下，象溫度、壓降和傳熱系數等設計計算控制要素很少彼此較好地相配合，經常是某一設計要素為設計計算的控制因素，由于一個簡單的設計變更能帶來設備尺寸的減小，因此找出控制因素能盡快有效的幫你解決問題。11.4.1傳熱系數為控制因素時總傳熱阻力的大小主要是由殼側、管側、污垢和管子的金屬阻

18、力來決定的，為了提高總傳熱系數的大小，應分析是哪一側的傳熱系數影響了它，采用何種方法，可以提高傳熱系數值。a.提高殼側傳熱系數的方法使用低翅管減小換熱管外徑和管間距提高 B流速度(可使用密封設備或減小殼體和折流板之間的間距選用 F 型或 G型殼體b.提高管側傳熱系數的方法減小管外徑增加管長變換流動分布，管側流動改為殼側流動11.4.2 壓力降為控制因素時a.可通過下述方法來減小殼側壓力降使用雙圓缺折流板或管窗內不排管選用 TEMA J型殼體精選學習資料 -名師歸納總結-第 10 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用增加管間距改變流向角，可選用45或 90b.可通過下述方法來減小管側壓力降增

19、大管子外徑減小管長11.4.3 溫差推動力為限制因素時為提高溫差推動力，最好選用純逆流型設備。增加殼程數減小 E流的大小11.4.4設計中預料到振動時應采取什么措施應采取以下措施中的一種或多種，以降低擾動頻率或增加自然頻率。1減小管子跨距長度：這可以增加自然頻率同時也使錯流速度增加。2減小殼側流體速度：可以用減小流量和改變管距或流向角的方法達到這個目的，結果是使擾動頻率降低。3改變折流板型式：折流板窗中無管的設計，使所有的管子都受到支撐，因此，將折流板改變成這種形式，可以減少最長跨距的管子，因而可以增加自然頻率。4降低殼體入口流速：如果對進口區(qū)域的可靠性有疑問，應使用較大的進口管直徑、防沖板，

20、并環(huán)繞殼體安裝一個擋板，以便提供較大的進口面積，這樣可以減少干擾頻率。5增加折流板厚度。6將管與折流板孔之間的間隙減至最小。7折流板材料不應比管子材料硬。8使用厚壁管并使管子緊固。精選學習資料 -名師歸納總結-第 11 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用9如果預計有聲學振動，則可采用解諧隔板。10堵塞所有旁路流和流程分隔漏流，因為這些地方流速高(由于流動阻力，可能局部損壞管子。在上面1 3項中，換熱器的熱力性能和壓降都必須重新計算。第4 9項不明顯影響換熱器的熱力性質。第5 8項增加了自然頻率。第10項可以加強熱力性能。板式換熱器與套管換熱器的簡單區(qū)別(1板式換熱器屬于高效換熱設備。在實

21、際應用中有兩種，一種是旋壓法制造的傘板式換熱器，另一種是沖壓法制造的平板換熱器，其結構特點如下：板式換熱器體積小、占地面積少。板式換熱器占地面積為同樣換熱能力的列管換熱器的30%左右，若與淋灑式的排管冷卻器相比就更優(yōu)越。板式換熱器傳熱效率高。板式換熱器能使兩種熱交換流體處于較低的流速下，增強擾動，激起湍流，從而強化傳熱，傳熱系數值K 可達16720J/m2?h?）套管式換熱器是為中小型冷水熱泵）機組設計制造的專用產品。廣泛應用于水環(huán)熱泵機組，水源冷水熱泵）機組，空氣源冷水熱泵）機組，地源冷水熱泵）機組等制冷設備。套管式換熱器結構全面優(yōu)化整合，使結構更合理，性能更穩(wěn)定。與套穿其內銅管管束一起彎制

22、成層疊螺旋形狀的套管主體，并以鋼制的固定支架與套管式主體焊接鞏固成型，套管兩端各自導出制冷劑和冷卻水連接套路壓縮機的用途及分類一、定義：壓縮機是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機械。二、主要用途：動力用壓縮機:壓縮氣體驅動各種風動機械，如：氣動扳手、風鎬?？刂苾x表和自動化裝置。交通方面：汽車門的開啟。食品和醫(yī)藥工業(yè)中用高壓氣體攪拌漿液。1、紡織業(yè)中，如噴氣織機。氣體輸送用壓縮機管道輸送-為了克服氣體在管道中流動過程中，管道對氣體產生的阻力。瓶裝輸送-縮小氣體的體積，使有限的容積輸送較多的氣體。制冷和氣體分離用壓縮機如氟里昂制冷、空氣分離。石油、化工用壓縮機用于氣體的合成和聚合，如：氨的合成。潤滑油

23、的加氫精制。三、壓縮機的分類按作用原理分：容積式和速度式透平式）按壓送的介質分類：空氣壓縮機、氮氣壓縮機、氧氣壓縮機、氫氣壓縮機等按排氣壓力分類：低壓0.3-1.0MPa）中壓精選學習資料 -名師歸納總結-第 12 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用1.0-10MPa）高壓 10-100MPa）超高壓 100MPa）按結構型式分類：壓縮機-容積式、速度式。容積式-回轉式 包括螺桿式、滑片式、羅茨式）、往復式通常只在美國可以得到。但是6m長的換熱管則是很普遍的。無相變換熱時，管子較長則傳熱系數也增加，在相同傳熱面時，采用長管較好，一是可減少管程數，二是可減少壓力降，三是每平方M 傳熱面的比

24、價低。但是管子過長給制造帶來困難，因此，一般選用4 6m 的換熱管。對于大面積、或無相變的換熱器可以選用 8 9m 的管長。在冷凝器中選用長管子的一個缺點是會增大設備放置平臺的鋼結構，增加費用。另外，長管束也需要有較大的管子抽出空間，因此需要增加設備的占地面積。精選學習資料 -名師歸納總結-第 13 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用 1.3 管徑和壁厚管徑愈小換熱器愈緊湊、愈便宜。但是管徑愈小換熱器的壓降將增加，為了滿足允許的壓降，一般推薦選用19mm的管子。對于易結垢的物料，為了清洗方便，采用外徑為25mm的管子。對于有氣液兩相流的工藝物流，一般選用較大的管徑，例如再沸器、鍋爐，多采

25、用32mm的管徑，直接火加熱時多采用76mm 的管徑。常用國內換熱管的規(guī)格見表101。表 10 1 常用國內換熱管的規(guī)格材料鋼管標準外徑 x 厚度 mm10 x 1.514 x 219 x 225 x 2碳鋼GB8163-8725 x 2.532 x 338 x 345 x 357 x 3.510 x 1.514 x 219 x 2不銹鋼GB2270-8025 x 232 x 238 x 2.545 x 2.557 x 2.5 2 折流板的選取折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直于管束流動，增加流體速度，以增強傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。2.1 折流板型式精選學習資料

26、 -名師歸納總結-第 14 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用折流板的型式有圓缺形、環(huán)盤形和孔流性等。通常為圓缺形折流板，并可分為單圓缺形、雙圓缺形和三圓缺形。在要求壓降小的情況下，也可選用環(huán)盤形折流板，但傳熱較差，應用較少?？琢餍握哿靼迨沽黧w穿過折流板孔和管子之間的縫隙流動，壓降大，僅適用于清潔流體，應用更少。2.2折流桿折流桿換熱器是由許多折流桿在不同位置支撐管子的結構。桿子之間用圓環(huán)相連，四個圓環(huán)組成一組，因而能牢固地將管自支撐住，有效地防止管束的振動。同時又起到了強化傳熱、防止污垢沉積和減小阻力的作用，其應用正在不斷增加。2.3 折流板圓缺位置水平放置的折流板適用于無相變的對流傳

27、熱，防止殼程流體平行于管束流動，減少殼程底部液體沉積。而在帶有懸浮物或結垢嚴重的流體所使用的臥式冷凝器、換熱器中，一般采用垂直型折流板。2.4折流板圓缺高度單圓缺型折流板的開口高度為直徑的10 45，雙圓缺型折流板的開口高度為直徑的15 25。2.5 折流板間距折流板的間距影響到殼程物流的流向和流速，從而影響到傳熱效率。最小的折流板間距為殼體直徑的1/5 并大于50mm。然而，對特殊的設計考慮可以取較小的間距。由于折流板有支撐管子的作用，所以，通常最大折流板間距為殼體直徑的1/2 并不大于TEMA 規(guī)定的最大無支撐直管跨距的0.8 倍。3 防旁流設施 3.1 密封條密封條也稱旁路擋板，主要防止

28、物流由殼體和管束之間的旁流。密封條沿著殼體嵌入到已銑好的凹槽的折流板內，它一般是成對設置的，數量推薦如下：公稱直徑 DN 500mm 時，一對擋板；精選學習資料 -名師歸納總結-第 15 頁，共 16 頁個人資料整理僅限學習使用500mmDN1000mm時，兩對擋板；DN 1000mm 時，三對擋板固定管板式和U 型管式換熱器不必使用密封條，因為這些設備殼體于OTL的間隙不大。在有相變發(fā)生的設備中，即使間隙很大也不使用密封條，因為密封條會影響汽相和液相的分離，而且再沸器與冷凝器等設備的性能主要不是由錯流流動決定的。3.2 盲管可防止中等或大型換熱器殼程中部物流的旁流，設置于分程隔板槽背面兩管板之間，一般與換熱管的規(guī)格相同，可于折流板點焊固定，也可用拉桿2230kg/m2.s,腐蝕性液體 2740 kg/m2.s，且進入的物流為氣體和飽和水蒸汽或者為氣液混和物時，這些物流將對入口處的管子進行沖擊，引起振動和腐蝕。為了保護這部分管子應設置緩沖擋板。精選學習資料 -名師歸納總結-第 16 頁，共 16 頁