列管式换热器设计

出处：按学科分类—工业技术 南京大学出版社《工程师实用手册》第657页（3169字）

化工生产中所用的换热器类型很多，性能各异。但列管式换热是一种较早发展起来的型式。目前仍是化工、石油和石油化工中换热的主要类型，在高温、高压和大型换热中仍占绝对优势。

(一)列管设计步骤与考虑因素(表16－47)

表16－47 考虑因素与设计步骤

(二)方案确定原则

(1)应满足工艺和操作的要求。保证质量。操作稳定。流体的流量、温度和压强变化易于调控，发生故障检修方便。

(2)满足经济上的要求。施工方便，材料来源容易，造价低廉。

(3)保证生产安全。在工艺流程中若有爆炸、燃烧、中毒、烫伤等危险性应有安全措施。

(三)设计参考资料

1．列管换热器中易燃易爆液体的安全允许速度(表16－48)

表16－48 列管换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度

2．壳体标准尺寸(表16－49)

表16－49 壳体标准尺寸

8．管板轴线与设备轴线偏转角度(表16－50)

表16－50 管板轴线与设备轴线偏转角度

注^：。

4．管板最小厚度(表16－51)

表16－51 管板最小厚度(mm)

5．列管式换热器中的总传热系数

表16－52 列管式换热器中的总传热系数(K)

6．某些流体在管道中的常用流速范围

车间内部的工艺管线，通常较短，管内流速可选用经验数据，某些流体在管通中的常用流速范围，见表16－53。

表16－53 各种流体在管道中流速范围

7．不同粘度液体的流速(表16－54)

表16－54 不同粘度液体的流速(以普通钢管为例)

8．污垢热阻数值范围(表16－55)

表16－55 污垢热阻的数值范围

9．管孔直径及中心距偏差(mm)

根据生产实践经验，最小管心距α_mim一般采用：焊接法α_mln=1．25d₀(d₀为管子外径)；胀接法α_min≥1．25d₀。

表16－56

10．换热器许用拉脱力

换热器管子的拉脱力必须小于许用值［q］。

表16－57 许用拉脱力(N／m²)

11．列管换热器部件常用材料(16－58)

表16－58 列管换热器部件常用材料

12．管壁的粗糙度

在流动的阻力计算中，不但要考虑管壁绝对粗糙度的大小，还要考虑相对粗糙的(ε／d)的大小。表16－59列出某些工业管道的绝对粗糙度。

表16－59 某些工业管道的绝对粗糙度

(四)常用重点公式

1．传热基本方程式

在稳态下，传热系数随温度的变化不大时：

Q=KA△t_m

式中 K——传热系数(W／m²·K)；

A——与K值对应的基准传热面积(m²)；

△t_m——有效平均温度差(K)；

Q——交换的热量(W)。

2．有效平均温差

在无相变的纯粹逆流或并流换热器中，其有效平均温度差等于对数平均温度差。

式中，△t₁、△t₂分别为换热器两端热冷流体的温差(k)；

当时，可用算术平均值

3．传热面积A的计算

另要适当考虑安全系数，一般为5～10%。

4．管程流体阻力

△P_t=m(△P₁+△P₁′+△P₂+△P₃)+△P₄

式中 m——程数；

△P_t——管程总压力降(N／m²)；

△P₁——每程直管的压力降((N／m²)；

△P₁′——每程管末入口处的压力降(N／m²)；

△P₂——每程管末出口处的压力降(N／m²)；

△P₃——顶盖内流体转向时引起的压力降(N／m²)；

△P₄——换热器进出口局部阻力引起的压力降(N／m²)。

表16－60 各种情况下的局部阻力系数

5．壳程流体阻力(有横向档标)

△P_s=△P₁″+△P₂″+△P₃″

式中 △P_s——总压力降(N／m²)；

△P₁″——流体横过管末流动时的总压力降(N／m²)；

△P₂″——流体流过档板折转180°时的总压力降(N／m²)；

△P₃″——壳程出口的压力降(N／m²)。