管殼式換熱器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1、管殼式換熱器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng),換熱器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算有兩種類型，即設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算，包括計(jì)算換熱面積和選型兩個(gè)方面。 設(shè)計(jì)計(jì)算的目的是根據(jù)給定的工作條件及熱負(fù)荷，選擇一種適當(dāng)?shù)膿Q熱器類型，確定所需的換熱面積，進(jìn)而確定換熱器的具體尺寸。 校核計(jì)算的目的則是對(duì)已有的換熱器，校核它是否滿足預(yù)定的換熱要求，這是屬于換熱器的性能計(jì)算問(wèn)題。 無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是校核計(jì)算，所需的數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù)三大類。,T

2、ASC程序使用,（1） 用途 TASC程序可用于管殼式換熱器的設(shè)計(jì)、物性核算或模擬計(jì)算。熱流體可以為單相流也可以為冷凝流，冷流體可以為單相流也可以為沸騰流；兩流體可以流經(jīng)露點(diǎn)和/或泡點(diǎn)。,（2）計(jì)算選擇 程序有三種供選擇的計(jì)算方式： 設(shè)計(jì)（DESIGN）——按費(fèi)用最佳或面積最小設(shè)計(jì)。 核算（CHECKING）——核算已知的換熱器是否達(dá)到所規(guī)定的熱負(fù)

3、荷，計(jì)算結(jié)果為實(shí)際面積與所需面積之比。 模擬計(jì)算（SIMULATION）——按用戶規(guī)定的兩側(cè)物流入口條件，計(jì)算出口條件，計(jì)算結(jié)果為實(shí)際熱負(fù)荷與所需熱負(fù)荷之比。 核算和模擬計(jì)算的主要區(qū)別在于前者出入口條件為已知，而后者出口條件是計(jì)算出來(lái)的。有時(shí)將這兩種方式都叫做性能計(jì)算方式。,（3）幾何參數(shù)選擇,,,,HEAT EXCHANGER NOMENCLATURE USED BY HTFS,1  

4、;       ：FRONT END HEAD2         ：REAR END HEAD（RETURN HEAD）3         ：TUBE PLATE（TUBE SHEET）4  &

5、#160;      ：SINGLE SEGMENTAL BAFFLE（HORIZONTAL）5         ：SINGLE SEGMENTAL BAFFLE（VERTICAL）6         ：DOUBLE SEGM

6、ENTAL BAFFLE7         ：LONGITUDINAL BAFFLE8         ：PASS PARTITION PLATE9         ：SEALING STRIP

7、10     ：BAFFLE PITCH11 ：BAFFLE CUT（%SHELL DIAMETER）,相關(guān)項(xiàng)說(shuō)明,—— Side for Hot Stream 流體流經(jīng)管程或殼程的選擇，應(yīng)根據(jù)流體的性質(zhì)，從有利于傳熱、耐用、減輕設(shè)備重量、減少污垢、降低壓力損失及便于清掃等方面考慮。l    溫度——高溫流體、要求特殊材料

8、者走管內(nèi)，以節(jié)省材料，及便于保溫；有時(shí)為了便于高溫流體的散熱，也可使高溫流體走殼程，但為了保證操作人員的安全，需設(shè)置保溫層。l     壓力——較高壓力的流體走管程，可減少殼體厚度。l   粘度——高粘度流體走殼程，容易進(jìn)行湍流，擾動(dòng)程度增大，以提高傳熱系數(shù)。l    腐蝕性及毒性——腐蝕性流體走管內(nèi)，以節(jié)省耐腐蝕材料用

9、量；毒性物料走管內(nèi)，可減少泄露機(jī)會(huì)。l 清潔性——較臟和易結(jié)垢的流體應(yīng)走管程，以便于清洗。如必須走殼程，則應(yīng)采用正方形排列，并采用可拆式（浮頭式、填料函式、U型管式）換熱器。,——Tubes in Window   當(dāng)換熱器流量很大時(shí)，為了得到較好的錯(cuò)流和避免流體誘發(fā)振動(dòng)，常常取掉缺口處的管子。,——Baffle Type 大多數(shù)折流板的效用是提高流速、改變流動(dòng)方向以提高殼程傳熱膜系

10、數(shù)，并支撐管子防止振動(dòng)。l    弓型折流板由于能引導(dǎo)流體以垂直方向錯(cuò)流管束，有利于湍動(dòng)和傳熱，應(yīng)用得最為廣泛。一般選用單弓型板。l      當(dāng)殼程壓降為控制因素時(shí)，可采用雙弓型板。l     當(dāng)殼程進(jìn)行蒸發(fā)、冷凝操作時(shí)或者管程傳熱膜系數(shù)很低時(shí)，殼程折流板的效果就不很明顯，主要起支

11、承作用，有時(shí)可以不要折流板。 折流桿結(jié)構(gòu)可使流體穿過(guò)折流桿與換熱管之間的縫隙，這種換熱器要求流量大，其壓力降小，且傳熱效果好，可用于無(wú)相變和有相變的場(chǎng)合。,——Baffle Cut 弓型切口高度占直徑之比。l      無(wú)相變時(shí)一般為20 ~25%，對(duì)冷凝或蒸發(fā)可達(dá)45%。l     實(shí)際上在

12、相同的壓力降下，圓缺高度為20%的折流板將獲得最好的傳熱效率。,——Baffle Pitch 折流板的間距影響到殼程流體的流向和流速，從而影響到傳熱效率。l      折流板之間的距離一般為殼徑的0.3~1倍。l    當(dāng)殼程傳熱膜系數(shù)為控制因素時(shí)，板距宜?。蛔钚〉恼哿靼彘g距為殼體直徑的1/3~1/2，且不應(yīng)小于50m

13、m。l    為了使流動(dòng)方向垂直于管束，板間距應(yīng)不大于殼徑；由于折流板有支撐管子的作用，所以，鋼管無(wú)支撐板的最大折流板間距為171d00.74(d0為管外徑，單位為mm)。l    如果必須增大折流板間距，就應(yīng)另設(shè)支撐板。若管材是銅、鋁或者它們的合金材料時(shí)，無(wú)支撐的最大間距應(yīng)為150 d00.74。,——Baffle Cut Orientation&#

14、160;   橫缺形折流板（horizontal）適用于無(wú)相變的對(duì)流傳熱，防止殼程流體平行于管束流動(dòng)，減少殼程底部液體的沉積。    在殼程進(jìn)行冷凝或蒸發(fā)操作時(shí)，一般采用豎缺形折流板（vertical），以便于流出冷凝液和分離沸騰蒸汽。,——Tube Outside Diameter 管徑愈小的換熱器愈緊湊、愈便宜，且可以獲得較好的傳熱膜系數(shù)與阻

15、力系數(shù)的比值。l     管徑愈小的換熱器的壓降將愈大，在滿足允許壓力降的情況下，一般推薦選用φ19mm的管子。l  對(duì)于易結(jié)垢的流體，為方便清洗，采用外徑為φ25mm的管子。l   對(duì)于有氣-液兩相流的工藝流體，有時(shí)選用較大的管徑。,——Tube Pattern (30°,45°,60°,90°)

16、,,管子在管板上的排列型式主要有正方形排列（90°）和三角形排列（30°）兩種型式。l     三角形排列有利于殼程流體達(dá)到湍流且排管數(shù)也多。l       正方形排列有利于殼程的清洗。l    為了彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)過(guò)一定角度的正方形排列（45°

17、;）和留有清洗通道的三角形排列（60°）。,——Normal/Full Bundle,,——Tube Lengthl       列管式換熱器長(zhǎng)徑比，以6~10最為常見。l       無(wú)相變換熱時(shí)，管子較長(zhǎng)則傳熱系數(shù)也增加。l   在相同的傳熱面積情況

18、下，采用長(zhǎng)管則流動(dòng)截面積小，流速大，管程數(shù)小，從而可減少流體在換熱器中的回彎次數(shù)，因而壓力降也較小。l       采用長(zhǎng)管時(shí)，每平方米傳熱面的比價(jià)也低。l     管子過(guò)長(zhǎng)給制造帶來(lái)困難；豎放時(shí)，還應(yīng)考慮其穩(wěn)定性，長(zhǎng)徑比以4~6為宜。l      &#

19、160;一般選用管長(zhǎng)為4~6m。l        對(duì)于傳熱面積大，或無(wú)相變的換熱器可選用8~9m的管長(zhǎng)。,——Number Tubeside passes 管程數(shù)有1~8程幾種，常用的為1、2或4管程。l     為了提高管程傳熱膜系數(shù)，可采用多管程換熱器。l  

20、60;  當(dāng)殼程恒溫時(shí)，管內(nèi)多程對(duì)傳熱總是有利的。l      但當(dāng)管子兩側(cè)溫度漸變時(shí)，不允許出現(xiàn)反溫差。l   管程數(shù)增加，管內(nèi)流速增大，但管內(nèi)流速要受到管程壓力降等的限制。,——No. Sealing Strips pairsl   密封條也稱旁路擋板，它主要是為了防止流體由殼體和管束之間

21、旁流。l     只有殼程傳熱膜系數(shù)起控制作用時(shí)，安裝旁路擋板才能顯著提高總傳熱系數(shù)。l      當(dāng)旁路擋板超過(guò)一定數(shù)量后，對(duì)提高傳熱系數(shù)的作用下降，而對(duì)壓降的影響增大。它一般是成對(duì)設(shè)置的，設(shè)計(jì)時(shí)可安裝1~3對(duì)旁路擋板，相鄰旁路擋板間距一般為100~200mm。,——Nozzle/Impingement Type

22、 在殼程流體進(jìn)口處，為防止流體對(duì)換熱管表面的直接沖刷，應(yīng)在該處設(shè)置防沖板。其設(shè)置條件為：l     對(duì)于氣體或蒸汽（包括氣液混合物）要設(shè)置防沖板。l   對(duì)于液體物流，應(yīng)設(shè)置板的條件為：當(dāng)非腐蝕性液體在殼程入口管處的動(dòng)能ρu2＞2300kg/(m·s2)，腐蝕性液體 ρu2＞740kg/(m·s2)。,（4） 工藝條件,——Allowa

23、ble Pressure Dropl         根據(jù)工藝操作條件要求，確定允許壓力降；,換熱器的合理壓降,——Fouling Resistancel    污垢對(duì)傳熱的影響，特別是當(dāng)間壁兩側(cè)流體傳熱膜系數(shù)較大時(shí)，污垢就可能成為傳熱的控制因素。如一側(cè)冷凝，一側(cè)蒸發(fā)時(shí)，污垢的大小就起決定作用。l  &

24、#160;    污垢不但對(duì)傳熱不利，也影響壓降。因?yàn)殡S著操作時(shí)間的延長(zhǎng)，污垢不斷沉積于管壁上，流道逐漸減小，流速增大，壓降迅速增加。當(dāng)傳熱效率降低到一定程度或壓降增加到一定程度后，即明顯影響換熱器的正常操作時(shí)，應(yīng)予以停車清洗。為了獲得一個(gè)經(jīng)濟(jì)的清洗周期，選擇污垢系數(shù)就至關(guān)重要。l      若選擇的污垢系數(shù)過(guò)大，會(huì)使換熱器過(guò)大，流速相

25、應(yīng)減小，反而促進(jìn)污垢的沉積，保證不了操作周期。,l     如果選擇的污垢系數(shù)過(guò)小，可能造成換熱面積不足，影響正常操作。而且流速過(guò)大，雖然降低了結(jié)垢傾向，但操作費(fèi)用增加。l     如果管壁溫度較高，就意味著有較大的平均溫差，這將減小設(shè)備的尺寸，但是這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可能被由于壁溫過(guò)高而加快結(jié)垢速度所抵消。l   

26、污垢系數(shù)要根據(jù)具體情況，權(quán)衡各方面的因素后方可決定。  至此，可以得到這樣的概念：污垢系數(shù)的大小直接影響換熱器的尺寸，而換熱器尺寸又影響流體流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而影響結(jié)垢的速度和程度，所以選擇污垢系數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)慎重。,（5）輸出結(jié)果分析,l       傳熱面積是否滿足工藝要求，安全裕量夠不夠；,管程及殼程流體流速是否合理，是否在正常范圍內(nèi)—流體在換熱器中的

27、合理流速應(yīng)由允許壓降來(lái)確定；—液體常用流速范圍：管程為0.3~3m/s,殼程為0.2~1.5 m/s；—?dú)怏w常用流速范圍：管程為5~30m/s, 殼程為2~15 m/s；—易結(jié)垢流體，在管內(nèi)流速應(yīng)大于1m/s，殼程流速應(yīng)大于0.5m/s；—為了避免設(shè)備的嚴(yán)重磨蝕，流速不應(yīng)超過(guò)最大允許的經(jīng)驗(yàn)值；—流速應(yīng)隨流體粘度的高低作相應(yīng)修改；,普通鋼管內(nèi)不同粘度下的常用流速,—易燃、易爆液體的流速要低一些，不應(yīng)超過(guò)其安全流速。,l 

28、;    管程及殼程壓降是否在允許的范圍內(nèi)—調(diào)整換熱器幾何尺寸，如換熱器直徑、換熱管管長(zhǎng)、換熱器管程數(shù)；殼程折流板型式、間距等。,l     管程及殼程傳熱膜系數(shù)大小判斷—分析總傳熱系數(shù)受哪側(cè)傳熱膜系數(shù)控制；—采用強(qiáng)化傳熱手段，提高控制側(cè)傳熱膜系數(shù)；—確定合適的污垢系數(shù)；,l     有效傳