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管壳式换热器的设计和选型

发布时间:2022-05-09 20:08:42 来源:欧宝手机注册 作者:欧宝官方网址下载

 

  管壳式换热器是一种传统的标准换热设备,它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、高压等优点,在许多工业部门中大量使用,尤其是在石油、化工、热能、动力等工业部门所使用的换热器中,管壳式换热器居主导地位。为此,本节将对管壳式换热器的设计和选型予以讨论。

  鉴于管壳式换热器应用极广,为便于设计、制造、安装和使用,有关部门已制定了管壳式换热器系列标准。

  固定管板式换热器及浮头式换热器的系列标准列于附录中,其它形式的管壳式换热器的系列标准可参考有关手册。

  换热器的设计是通过计算,确定经济合理的传热面积及换热器的其它有关尺寸,以完成生产中所要求的传热任务。

  (1)流体流径的选择流体流径的选择是指在管程和壳程各走哪一种流体,此问题受多方面因素的制约,下面以固定管板式换热器为例,介绍一些选择的原则。

  ②腐蚀性的流体宜走管程,以免管子和壳体同时被腐蚀,且管程便于检修与更换。

  ⑦流量小或粘度大的流体宜走壳程,因流体在有折流挡板的壳程中流动,由于流速和流向的不断改变,在低Re(Re>

  100)下即可达到湍流,以提高传热系数。

  ⑧若两流体温差较大,宜使对流传热系数大的流体走壳程,因壁面温度与α大的流体接近,以减小管壁与壳壁的温差,减小温差应力。

  以上讨论的原则并不是绝对的,对具体的流体来说,上述原则可能是相互矛盾的。因此,在选择流体的流径时,必须根据具体的情况,抓住主要矛盾进行确定。

  (2)流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速,可加大对流传热系数,减少污垢的形成,使总传热系数增大;但同时使流动阻力加大,动力消耗增多;选择高流速,使管子的数目减小,对一定换热面积,不得不采用较长的管子或增加程数,管子太长不利于清洗,单程变为多程使平均传热温差下降。因此,一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表4-14至表4-16列出了常用的流速范围,可供设计时参考。选择流速时,应尽可能避免在层流下流动。

  (3)冷却介质(或加热介质)终温的选择在换热器的设计中,进、出换热器物料的温度一般是由工艺确定的,而冷却介质(或加热介质)的进口温度一般为已知,出口温度则由设计者确定。如用冷却水冷却某种热流体,水的进口温度可根据当地气候条件作出估计,而出口温度需经过经济权衡确定。为了节约用水,可使水的出口温度高些,但所需传热面积加大;反之,为减小传热面积,则可增加水量,降低出口温度。一般来说,设计时冷却水的温度差可取5~10℃。缺水地区可选用较大温差,水源丰富地区可选用较小的温差。若用加热介质加热冷流体,可按同样的原则选择加热介质的出口温度。

  ①管子规格管子规格的选择包括管径和管长。目前试行的管壳式换热器系列只采用25×2.5mm及19×2mm两种管径规格的换热管。对于洁净的流体,可选择小管径,对于易结垢或不洁净的流体,可选择大管径。管长的选择以清理方便和合理使用管材为原则。我国生产的标准钢管长度为6m,故系列标准中管长有1.5、2、3 和6m 四种。此外管长和壳径的比例应适当,一般为4~6。

  ②管间距管子的中心距t 称为管间距,管间距小,有利于提高传热系数,且设备紧凑。但由于制造上的限制,一般,为管的外径。常用的与的对比关系见表4-17。

  ①管程数的确定当换热器的换热面积较大而管子又不能很长时,就得排列较多的管子,为了提高流体在管内的流速,需将管束分程。但是程数过多,导致管程流动阻力加大,动力能耗增大,同时多程会使平均温差下降,设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6 四种。采用多程时,通常应使每程的管子数相等。

  ②壳程数的确定当温度差校正系数时,应采用壳方多程。壳方多程可通过安装与管束平行的隔板来实现。流体在壳内流经的次数称壳程数。但由于壳程隔板在制造、安装和检修方面都很困难,故一般不宜采用。常用的方法是将几个换热器串联使用,以代替壳方多程。(6)折流档板的选用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,提高壳程流体的对流传热系数。

  折流挡板有弓形、圆盘形、分流形等形式,其中以弓形挡板应用最多。挡板的形状和间距对壳程流体的流动和传热有重要的影响。弓形挡板的弓形缺口过大或过小都不利于传热,还往往会增加流动阻力。通常切去的弓形高度为外壳内径的10~40%,常用的为20%和25% 两种。挡板应按等间距布置,挡板最小间距应不小于壳体内径的1/5,且不小于50mm;最大间距不应大于壳体内径。系列标准中采用的板间距为:固定管板式有150、300 和600mm 三种;浮头式有150、200、300、480

  挡板弓形缺口及板间距对流体流动的影响如图片4-54所示。为了使所有的折流挡板能固定在一定的位置上,通常采用拉杆和定距管结构。

  应予指出,换热器的折流构件除通用的折流档板外,还有其它一些型式,如近年来开发出的折流盘等,详细介绍见有关专业书籍。

  (7)外壳直径的确定换热器壳体的直径可采用作图法确定,即根据计算出的实际管数、管长、管中心距及管子的排列方式等,通过作图得出管板直径,换热器壳体的内径应等于或稍大于管板的直径。但当管数较多又需要反复计算时,用作图法就太麻烦。一般在初步设计中,可参考壳体系列标准或通过估算初选外壳直径,待全部设计完成后,再用作图法画出管子的排列图。为使管子排列均匀,防止流体走“短路”,可以适当地增加一些管子或安排一些拉杆。

  应予指出,按上述方法计算出壳内径后应圆整,壳体标准常用的有159、273、400、500、600、800、1000、1100、1200 等。

  (8)流体通过换热器的流动阻力(压降)计算流体流经管壳式换热器的阻力,应按管程和壳程分别计算。

  ①管程流动阻力计算对于多管程换热器,其总阻力为各程直管阻力、回弯阻力及进、出口

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