换热器地选型和设计指南设计

1、热交换器的选型和设计指南1概述 12换热器的分类及结构特点。 13换热器的类型选择 24无相变物流换热器的选择 115冷凝器的选择 136蒸发器的选择147换热器的合理压力降 178工艺条件中温度的选用 189管壳式换热器接管位置的选取 1910结构参数的选取 1911管壳式换热器的设计要点 2312空冷器的设计要点 3213空冷器设计基础数据 35热交换器的选型和设计指南Page # of 381概述本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。2换热器的分类及结构特点。表2- 1换热器的结构分类管式管壳式固定管板式冈性结构：用于管壳温差较小的情况（一般W 50C）,管间不能清洗带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低压力浮头式管外均能承受高压，可用于高温高压场合U型管式管外均能承受高压，管清洗及检修困难填料函式外填料函：管间容易漏泄，不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较咼的介质填料函：密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式壳体上都有个烝发空间，用于烝汽与液相分离套管式双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传

2、热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋浸没式用于管流体的冷却、冷凝，或者管外流体的加热盘管式喷淋式只用于管流体的冷却或冷凝板式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板可进行严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热 能伞板式伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，要求流体干净板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高扩展表面式板翅式结构十分紧凑，传热效率高，流体阻力大管翅式适用于气体和液体之间传热，传热效率咼，用于化 工、动力、空调、制冷工业蓄热式回旋式盘式传热效率咼，用于咼温烟气冷却等鼓式用于空气预热器等固定格至式紧凑式适用于低温到高温的各种条件非紧凑式可用于咼温及腐蚀性气体场合3换热器的类型选择换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用围。在某一种场合下性能 很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改 变。因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选 型时需要考虑的因素是多方面的，主要有：1）热负荷及流量大小2）流体的性质3）温度、压力及允许压降的围4）对清洗、维修的要求5）设备结构、材料、尺寸、重量6）价格、使用

3、安全性和寿命在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加 工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相 互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我 们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因 此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来 有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时， 对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要 时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使 设计达到该具体条件下的最佳设计。3.1 管壳式换热器管壳式换热器的应用围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPQ温度可以从-100 C以下到1100 C高温。此外，它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。3.2 特殊型式的换热器特殊型式的换热器包括有：板式换热器、空冷器、多管式换热器、折流杆式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器和热管换热器 等。它们的使用是受设计温度和设计

4、压力限制的。在下图中给出了特殊型式 的换热器的适用围，可供参考。fill-irin:miiiiij-4-里liOf 1 严:i丨1111西ri yt Ci/w ii in表3- 1特殊型式换热器的使用围3.3 特殊型式的换热管特殊型式的换热管包括有低翅管、高通量管（UCC）、Thermoexcell-E、C（日立）及槽管等。3.4 常用换热器F表中概括地描述了常用换热器的型式及应用条件和特点表3 -4换热器的类型及应用类型Types换热面积Size（m2）温度Temperaturet( C)压力(取大Pressure(kgf/cm2)材料Material特点和应用Features and Applicatio n1管壳式?唤热器管壳式（标准型）S&T 5000-270 W t W 165()600无限制这种类型的换热器被广泛地用在 工艺装置中，安全、可靠。可以 通过采用特殊类型的换热管来提 高其传热性能。折流杆式rod baffle 5000-100 w t w 600300无限制通过折流杆支承换热管来消除 振动。由于壳侧流动疋纵向的、和 有规律的，因此压力损失较 小，适用于允许压降小

5、的气液 或气体系统。多官式multitube 50-100 w t w 600300无限制因流动为纯逆流，故具有较好 的传热推动力，当换热面积相 对比较小并且两流体温度交叉 时，可考虑采用此型式。另外，若 壳侧传热不好，可使用翅片 管来强化传热。蛇管式coiled tube 2000-260 w t w 600200铜铝 不锈钢 碳钢在低温系统中，因不宜采用铝 材板翅式换热器，而经常使用 蛇管式换热器。纯逆流流动， 传热可在两股以上流体间进行 高弹性的结构可以克服热应力 在咼温的气气换热时，可采用不锈钢材料。2 单管式换热器套管式 10-100 w t w 600300铜当传热面积比较小（10m2 20double tube铝不锈钢碳钢m )时，一般选用套管式换热 器。流动为纯逆流，制造成本 低，维修容易，但是紧凑性较 差。长号式Tromb one 100-50 t w 300300铜铝 不锈钢 碳钢也称作冲洗式，水被从管侧上 处喷下，加热或冷却管流体 经常用在利用海水作介质的液 化石油气加热器中。结构简单 并易于维修，但是设备占地面 积较大。蛇管式coil 100 w t w 300

6、300铜、铝 不锈钢 碳钢蛇管式换热管经常被插在罐中 用以加热或冷却罐的液体。类型Types换热面积Size(m2)温度Temperaturet( C)压力(取大Pressure(kgf/cm2)材料Material特点和应用Features and Applicatio n板式plate(gasket) 2000-40 w t w 20025钛不锈钢等结构紧凑，易维修。在液液换热设备中传热系数较咼，实 际应用围广泛。也可于气体 冷却、冷凝或沸腾传热。螺旋板式spiral 200-90 w t w 40020碳钢不锈钢钛等主要有逆流和错流两种形式。 当温度存在交叉时，最好选用 逆流形式，而当气体冷却或冷 凝时，由于错流流动压力损失 小，故常采用此形式。另外 ， 要慎重选择流体的流路尽量避 免由于两股流体流率不平衡而 造成的设备传热性能的降低。4 翅片式换热器空冷器air_cooled 2000w 500(air temp.:-60+ 50)500碳钢 不锈钢 翅片：铝、空冷器和管壳式换热器相比， 安装面积大，对空冷器需作包 括结构价格、耗电等因素在 的综合费用分析。通常当物流碳钢出口温

7、度高于环境温度 15 C20 C或更高时，使用空冷器 较为经济。板翅式plate fin10000260W t 100(铝)70铝不锈钢铜板翅式换热器通常用于低温过 程。其传热性能好、重量轻、 结构紧凑，适应性广，可用于 单相流动、冷凝器和蒸发器中 对高温体系中的气气换热，目前正逐渐使用材质为不锈钢 的板翅式换热器。对铝合金制 造的板翅式换热器，可利用其 低温延展性和抗拉性好的特点， 特别适用低温或超低温场合。执管heat pipe 2000-40 t 35010碳钢不锈钢铜流动阻力小、体积小、结构紧 凑。由于热管可在热流体和冷 流体两侧通过增加翅片来扩展 受热面，因而大大提咼了气 气换热器的传热量，用在气 气换热器中最为有效。类型Types换热面积Size(m2)温度Temperaturet( C)压力(取大Pressure(kgf/cm2)材料Material特点和应用Features and Applicatio n5特殊材料的换热器石墨carbon 700w 1607不渗透性石墨结构有：管壳式换热器、块状 换热器等。聚四氟乙烯teflo n 80w 1505聚四氟乙烯管壳式和浸

8、泡式换热器，重量轻、结构紧凑。机械性能较差，只 适用于低压工况。玻璃glass 25w 2809耐热玻璃玻璃换热器有盘管式、喷淋式 管壳式、套管式等型式。常用 在空气预热器或节能装置中， 回收露点以下的排放气热量。6 .特殊换热管低翅管low fin tube碳钢不锈钢铜合金管子表面的翅片可增大换热面 积2 3倍。与普通管子有着相 同管外径的低翅管经常用作管 壳式换热器的传热管。当壳侧 传热系数低于管侧时，使用低 翅管较为理想。低翅管也同样 可用在冷凝和沸腾传热中。沸腾用传热强化管 enhancedtube for boili ng碳钢不锈钢铜合金典型的强化传热管即：高热通量管（UCC）、Thermoexcell-E（日立）等。在沸腾传热系数低、温差小（10 C）的蒸发器中，经常使用强化传热管。上述管子均可提高传热系数1020倍。冷凝用传热强 化管 enhancedtubefor conden sati on碳钢不锈钢铜典型的强化传热管即：槽管、Thermoexcell-C（日立）、低翅管等。使用上述管子均可提高传热系数2 5倍。从上表中可以看出在换热器选型时，我们应同时考虑是否选用特殊型式 的换热器和采用什么样的换热管为好。当然，我们通常一般首先考虑选用管 壳式换热器。另外，认真研究技术规定中的设计要求也是很必要的，而后再 选取能最好发挥其特点的合适的换热器。3.5 管壳式换热器封头和管程数的选取因管壳式换热器最为常用，下表3-5中给出了其封头选取的一般要求， 表3- 6, 3-7中给出了换热器的管程数限制值。表3

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