完整版换热器的传热系数KWord格式文档下载.docx
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重油
60〜280
K,W/（m2.C）
800~2200W/m2C范围内。
列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000W/m2；
C。
螺旋板式换热器的总传热系数（水一水）通常在1000~2000W/m2-C
范围内。
板式换热器的总传热系数（水（汽）一水）通常在3000~5000W/m2C范围内。
1.流体流径的选择
哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考（以固定管板式换热器为例）
（1）不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。
（2）腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
（3）压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。
（4）饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
（5）被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
（6）需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管
程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
（7）粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折
流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re>
100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。
2.流体流速的选择
增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。
但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。
所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。
此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。
例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。
管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；
单程变为多程使平均温度差下降。
这些也是选择流速时应予考虑的问题。
3.流体两端温度的确定
若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。
若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。
例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。
为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；
为了减小传热面积，则要增加水量。
两者是相互矛盾的。
一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5〜10C。
缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差。
4.管子的规格和排列方法
选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。
易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。
我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有©
25X2.5mm及©
19X2mm两种
规格的管子。
管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。
长管不便于清
洗，且易弯曲。
一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。
系列标准中也采用这四种管长。
此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4〜6（对直径小的换热器可大些）。
如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正
方形错列等，如第五节中图4—25所示。
等边三角形排列的优点有：
管板的强度高；
流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；
相同的壳径内可排列更多的管子。
正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；
但其对流传热系数较正三角排列时为低。
正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数（较直列排列的）可以适当地提高。
管子在管板上排列的间距（指相邻两根管子的中心距），随管子与管板的连接方法不同而异。
通常，胀管法取t=（1.3〜1.5）do，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t>
（d+6）。
焊接法取t=1.25do。
5.管程和壳程数的确定当流体的流量较小或传热面积较大而
需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。
为了提高管内流速，可采用多管程。
但是程数过多，导致管程流体阻力加大，增加动力费用；
同时多程会使平均温度差下降；
此外多程隔板使管板上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。
列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种。
采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。
管程数m可按下式计算，即：
（4-121）
式中u管程内流体的适宜速度，m/s;
u‘管程内流体的实际速度，m/s。
当壳方流体流速太低时，也可以采用壳方多程。
如壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体内流经两次，称为两壳程，但由于纵向隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一般不采用壳方多程的换热器，而是将几个换热器串联使用，以代替壳方多程。
例如当需二壳程时，则将总管数等分为两部分，分别安装在两个内径相等而直径较小的外壳中，然后把这两个换热器串联使用，如图所示。
6.折流挡板
安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧,以提咼壳程对流传热系数。
第五节的图4—26已示出各种挡板的形式。
最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10〜40%,—般取20〜25%,过高或过低都不利于传热。
两相邻挡板的距离（板间距）h为外壳内径D的（0.2〜1）倍。
系列标准中采用的h值为：
固定管板式的有150、300和600mm三种；
浮头式的有150、200、300、480和600mm五种。
板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。
板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。
挡板切去的弓形高度及板间距对流体流动的影响如图3-42所示。
7.外壳直径的确定
换热器壳体的内径应等于或稍大于（对浮头式换热器而言）管板
的直径。
根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子的排列方法等，可用作图法确定壳体的内径。
但是，当管数较多又要反复计算时，作图法太麻烦费时，一般在初步设计时，可先分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积，于系列标准中查出外壳的直径。
待全部设计完成后，仍应用作图法画出管子排列图。
为了使管子排列均匀，防止流体走"
短路"
，可以适当增减一些管子。
另外，初步设计中也可用下式计算壳体的内径，即:
（4-122）
式中D壳体内径，m;
t管中心距，m;
管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距
离,
般取b'
=（1〜1.5）do
nc值可由下面的公式计算
式中n为换热器的总管数。
按计算得到的壳径应圆整到标准尺寸，见表4-15。
8主要构件
圭寸头圭寸头有方形和圆形两种，方形用于直径小的壳体（一般小
于400mm），圆形用于大直径的壳体。
缓冲挡板为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在
进料管口装设缓冲挡板。
导流筒壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间（死角），为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必然经过这个空间。
放气孔、排液孔换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不凝性气体和冷凝液等。
接管尺寸换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算，即:
式中Vs--流体的体积流量，/s;
u--接管中流体的流速，m/s。
流速u的经验值为：
对液体u=1.5〜2m/s
对蒸汽u=20〜50m/s
对气体u=（15〜20）p/p（p为压强，单位为atm；
p为气体密度，
单位为kg/）
9.材料选用
列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。
同时具有耐
热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
目前常用的金属材料有
碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；
非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。
不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，应尽量少用。
10.流体流动阻力（压强降）的计算
（1）管程流体阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。
对于
多程换热器，其总阻力△pi等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。
一般进、出口阻力可忽略不计，故管程总阻力的计算式为：
（4-125）
式中△p1、Ap2分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强
降，N/;
Ft——结垢校正因数，无因次，对于©
25x2.5mm的管子，取为1.4,对©
19X2mm的管子，取为1.5;
Np-----管程数；
Ns-----串联的壳程数。
上式中直管压强降△pl可按第一章中介绍的公式计算；
回弯管的压
强降△p2由下面的经验公式估算，即：
（4-126）
（2）壳程流体阻力现已提出的壳程流体阻力的计算公式虽然较多，但是由于流体的流动状况比较复杂，使所得的结果相差很多。
下面介绍埃索法计算壳程压强厶po的公式，即：
（4-127）
式中△p1‘流体横过管束的压强降，N/;
△p2‘流体通过折流板缺口的压强降，N/;
Fs壳程压强降的结垢校正因数，无因次，对液体可取
1.15，对气体或可凝蒸气可取1.0
而（4-128）
（4-129）
式中F----管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列
F=0.5，对正方形斜转45°
为0.4,正方形排列为0.3;
fo----壳程流体的摩擦系数，当Reo>
500时，
nC----横过管束中心线的管子数；
NB----折流板数;
h----折流板间距，m;
uo----按壳程流通截面积Ao计算的流速，而。
一般来说，液体流经换热器的压强降为0.1~1atm，气体的为
0.01-O.latm。
设计时，换热器的工艺尺寸应在压强降与传热面积之间予以权衡，使既能满足工艺要求，又经济合理。
三、列管式换热器的选用和设计计算步骤
1.试算并初选设备规格
（1）确定流体在换热器中的流动途径。
（2）根据传热任务计算热负荷Q。
（3）确定流体在换热器两端的温度，选择列管式换热器的型式；
计算定性温度，并确定在定性温度下流体的性质。
（4）计算平均温度差，并根据温度校正系数不应小于0.8的原则，
决定壳程数。
（5）依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K选值。
（6）由总传热速率方程Q=KS△tm，初步算出传热面积S,并确定换热器的基本尺寸（如d、L、n及管子在管板上的排列等）,或按系列标准选择设备规格。
2.计算管、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管、壳程流体的流速和压强降。
检查计算结果是否合理或满足工艺要求。
若
压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。
3.核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数ai和a0
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