管壳式换热器的设计和选型
5页1、管壳式换热器的设计和选型 ( R# f( Q/ ?2 |2 |/ R7 O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。 (一)管壳式换热器的型号与系列标准 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。 & * M u( r7 K1 管壳式换热器的基本参数和型号表示方法 2 h4 N+ p5 C% s8 U(1)基本参数管壳式换热器的基本参数包括: / B* ) L) R- a: w5 K6 l; g8 S( P( m+ I D公称换热面积 ; 公称直径 ; 3 A ?2 A! u4 4 y公称压力 ; 换热器管长度 ; V( x. O5 D$ S# T+ j. w# g换热管规格; / z5 K2 j- Q3 l3 Z9 v管程数 。 (2)型号表示方法管壳式换热器的型号由五部分组成: 1 D+ o
2、L+ q0 M5 M v+ 1换热器代号 * / |- K x; r: d4 x# Q: x4 R0 u2公称直径DN,mm; 3管程数:; 4公称压力PN,MPa; d+ q0 g q$ k! R2 d5公称换热面积SN,m2。 例如 800mm、 0.6MPa的单管程、换热面积为110m2的固定管板式换热器的型号为:G800 I-0.6-110 . G! 3 t9 x- d2 rG固定管板式换热器的代号。 2管壳式换热器的系列标准 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。 / V% C+ a# + X4 c$ X2 e(二)管壳式换热器的设计与选型 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设计的基本原则 0 b7 x# K/ - N/ M9 _(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。 ! B7 t+ a1 l. J不洁净和易结垢的流体宜走管程,因为管程清洗比较方
3、便。 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。 , F( D L3 N D压力高的流体宜走管程,以免壳体受压,可节省壳体金属消耗量。 - M7 x! 3 S4 h( b0 v! Y被冷却的流体宜走壳程,可利用壳体对外的散热作用,增强冷却效果。 饱和蒸汽宜走壳程,以便于及时排除冷凝液,且蒸汽较洁净,一般不需清洗。 : k0 M8 u) T9 R1 Y v4 R- h5 q有毒易污染的流体宜走管程,以减少泄漏量。 : d0 Z r% r+ _/ V8 V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(Re100)下即可达到湍流,以提高传热系数。 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
4、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。 表4-14 管壳式换热器中常用的流速范围 流体的种类 一般流体 易结垢液体 气体 . J2 Z+ L1 | 7 J流速,m/s 管程 0.5 3.0 1.0 5.0 30 壳程 0.2 1.5 0.5 3.0 15 表4-15 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速 液体粘度,mPas 1500 1500 500 500 100 100 35 35 1 1 最大流速,m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 表4-16 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度 液体名称 乙醚、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油 丙酮 , z 7 f) p, z - l4 g8 l c安全允许速度,m/s 1 2 3 10 5 2 z0 Y% q2 i4 7 A
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