列管式换热器课程设计 (2)

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1、 目目 录录 1引言. 1 2.设计方案的确定 3 2.1 冷、热流体流动通道的选择. 3 2.2 流速的选择. 4 2.3 流动方式的选择. 4 2.4 换热管的选择. 5 2.5 管子的排列方式. 5 2.6 管间距的选择. 6 2.7 折流挡板间距的选择. 7 3.1 估算传热面积，初选换热器型号. 7 3.1.1 基本物性数据的查取 . 7 3.1.2 热负荷计算 . 8 3.1.3 确定流体的流径 . 8 3.1.4 计算平均温度差 . 8 3.1.5 选 K 值，估算传热面积 . 9 3.1.6 初选换热器型号 10 3.2 核算压降 10 3.2.1 管程压降 10 3.2.2

2、壳程压降 11 3.3 核算总传热系数 12 3.3.1 管程对流传热系数i 12 3.3.2 壳程对流传热系数0 . 13 3.3.3 污垢热阻 13 3.3.4 总传热系数K 13 4.设计结果一览表. 15 设计小结. 16 参考文献. 17 1 1引言 列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。因管 束与壳体的温度不同会引起膨胀程度的差异，若两流体的温差相差较大时，就可 能由于热应力而引起管子弯曲或使管子从管板上拉脱， 因此必须考虑这种热膨胀 的影响。 根据热补偿方法的不同， 列管式换热器有以下几种型式： 固定管板式换热器、 浮头式换热器、U 形管式换热器和填料函式

3、换热器。 固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成 （如图 11） 1， 其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。它的的结构特 点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上， 两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周 和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热 管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多 程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难， 对于较脏或有腐蚀性

4、的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀 节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 固定管板式换热器的优点是： 1、旁路渗流较小 2、锻件使用较少，造价低； 2 3、无内漏； 4、传热面积比浮头式换热器大 20%30%。 固定管板式换热器的缺点是： 1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差 t50,当 t50时必须在壳 体上设置膨胀节； 2、易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏； 3、壳程无法机械清洗； 4、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低； 考虑到换热器管壁与壳壁温差不超过50 ，而且应用广泛，操作简单、方 便。用水冷却苯不易结垢，所以选择带有补强圈的固定管板式

5、换热器。 U 型管式换热器（如图 12） 1只有一个管板，管程至少为两程。由于管束 可以取出，管外侧清洗方便，另外，管子可以自由膨胀。缺点是 U 型管的更换 及管内清洗困难。 浮头式换热器 （如图 13） 1是用法兰把管束一侧的管板固定到壳体的一端， 另一侧的管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩。这种形式的 优点是当前两侧传热介质温差较大时，不会因膨胀产生温差压力，且管束可以自 由拉出，便于清洗。缺点是结构复杂，造价高。 3 填料函式换热器的结构如图 1-4 所示1。其特点是管板只有一端与壳体固定 连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差 而引起的温

6、差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方 便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行 清洗，维修方便。其缺点是填料函耐压不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对 于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。 2.设计方案的确定 2.1 冷、热流体流动通道的选择 在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流经壳程，下列几点可作为选择 的一般原则： a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀，且管程便于检修 与更换。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力，可节省壳体金属消耗量。 d) 饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，表面传热系数与流速无关， 而且冷凝液容易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程 Re100 即可达到湍 流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程 结构，亦可得到较高的表面传热系数。 f) 若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流 4 体通入壳