列管式換熱器結構圖簡圖（列管式換熱器結構圖）

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1、一．概述 在化工、石油煉制等工業生產中，換熱器被廣泛使用。

2、隨著化工、煉油的迅速發展，各種新型換熱器不斷出現，一些傳統的換熱器的結構也在不斷改進、更新。

3、今后換熱器的發展趨勢將是不斷增加緊湊性、互換性，不斷降低材料消耗，提高傳熱效率和各種比特性，提高操作和維護的便捷性 二．確定設計方案 1．選擇換熱器的類型 兩流體溫度的變化情況：熱流體進口溫度140℃ 出口溫度40℃；冷流體進口溫度20℃，出口溫度為40℃，該換熱器用循環冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。

4、 2．管程安排 從兩物流的操作壓力看，應使煤油走管程，循環冷卻水走殼程。

5、但由于循環冷卻水較易結垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應使循環水走管程，煤油走殼程。

6、 三． 確定物性數據 定性溫度：對于煤油和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。

7、故殼程煤油的定性溫度為 T=（140+40）/2 =90℃ 管程流體的定性溫度為 t=（20+40）/2=30℃ 根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。

8、對煤油來說，最可靠的無形數據是實測值。

9、 煤油在90℃下的有關物性數據如下（來自生產中的實測值）： 密度 定壓比熱容 =2.22kj/kg℃ 熱導率 =0.14w/m 粘度 =7.05 10-4Pas 循環水在30℃ 下的物性數據： 密度 =995.7㎏/m3 定壓比熱容 =4.175kj/kg℃ 熱導率 =0.618w/m℃ 粘度 =8.01 10-4Pas 四． 估算傳熱面積 1．熱流量 Q1= =25253 2.22 (140-40)=5606166 kj/h=1557.3 kw 2.平均傳熱溫差 先按照純逆流計算，得 = 3.傳熱面積 由于殼程煤油的壓力較高，故可選取較大的K值。

10、假設K=300W/(㎡k)則估算的傳熱面積為 Ap= 4.冷卻水用量 m= = 五． 工藝結構尺寸 1．管徑和管內流速 選用Φ25 2.5較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內流速u1=1.1m/s。

11、 2．管程數和傳熱管數 可依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數 Ns= 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 L= 按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。

12、根據本設計實際情況，采用非標設計，現取傳熱管長l=6m，則該換熱器的管程數為 Np= 傳熱管總根數 Nt=55 4=220 3.平均傳熱溫差校正及殼程數 平均溫差校正系數 R= P= 按雙殼程，四管程結構，查平均溫差校正系數圖得 平均傳熱溫差 ℃ 由于平均傳熱溫差校正系數大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取雙殼程合適。

13、 4.傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法即每程內均按正三角形排列隔板兩側采用正方形排列。

14、 取管心距t=1.25d0，則 t=1.25 25=31.25=32㎜ 隔板中心到離其最.近一排管中心距離計算 S=t/2+6=32/2+6=22㎜ 各程相鄰管的管心距為44㎜。

15、 管數的分成方法，每程各有傳熱管55根。

16、 5．殼體內徑 采用多管程結構，殼體內徑估算。

17、取管板利用率η=0.75 ，則殼體內徑為 D=1.05t 按卷制殼體的進級檔，可取D=600mm 6．折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為 H=0.25 600=150m，故可 取h=150mm 取折流板間距B=0.3D，則 B=0.3 600=180mm，可取B為200mm。

18、 折流板數目NB= 7．接管 殼程流體進出口接管：取接管內煤油流速為u1=1.1m/s，則接管內徑為 圓整后可取管內徑為100mm。

19、 管程流體進出口接管：取接管內液體流速u2=1.2m/s，則接管內徑為 圓整后去管內徑為150mm 六． 換熱器核算 1． 熱流量核算 （1）殼程表面傳熱系數 用克恩法計算 當量直徑 = 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷諾數分別為 普朗特數 粘度校正 （2）管內表面傳熱系數 管程流體流通截面積 管程流體流速 普朗特數 （3）污垢熱阻和管壁熱阻 管外側污垢熱阻 管內側污垢熱阻 管壁熱阻計算，碳鋼在該條件下的熱導率為50w/(m K)。

20、所以 （4） 傳熱系數 （5）傳熱面積裕度可得所計算傳熱面積Ac為 該換熱器的實際傳熱面積為Ap 該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。

21、 2． 壁溫計算 因為管壁很薄，而且壁熱阻很小，故管壁溫度可計算。

22、由于該換熱器用循環水冷卻，冬季操作時，循環水的進口溫度將會降低。

23、為確保可靠，取循環冷卻水進口溫度為15℃，出口溫度為40℃計算傳熱管壁溫。

24、另外，由于傳熱管內側污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。

25、但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。

26、計算中，應該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。

27、于是有 式中液體的平均溫度 和氣體的平均溫度分別計算為 0.4 40+0.6 15=25℃ (140+40)/2=90℃ 4875w/㎡ k 761.7w/㎡ k 傳熱管平均壁溫 ℃ 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90℃。

28、殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ℃。

29、 該溫差較大，故需要設溫度補償裝置。

30、由于換熱器殼程壓力較大，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。

31、 3．換熱器內流體的流動阻力 （1）管程流體阻力 由Re=26925，傳熱管對粗糙度0.01，查莫狄圖得 ，流速u=1.083m/s 所以， 管程流體阻力在允許范圍之內。

32、 （2）殼程阻力 按式計算 流體流經管束的阻力 F=0.5 0.5 0.654 16.3 (29+1) =6754Pa 流體流過折流板缺口的阻力 B=0.2m D=0.6m Pa 總阻力 6754+1676=8430Pa 由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。

33、 七．計算結果匯總 換熱器主要結構尺寸和計算結果見下表： 參數 管程 殼程 流率 67141 25253 進/出口溫度/℃ 20/40 140/40 壓力/MPa 物性 定性溫度/℃ 30 90 密度/（kg/m3） 995.7 825 定壓比熱容/[kj/（kg?k）] 4.175 2.22 粘度/（Pa?s） 8.01 7.05 熱導率（W/m?k） 0.618 0.14 普朗特數 5.41 11.18 設備結構參數 形式 浮頭式 殼程數 2 殼體內徑/㎜ 600 臺數 1 管徑/㎜ Φ25 2.5 管心距/㎜ 32 管長/㎜ 6000 管子排列 △ 管數目/根 220 折流板數/個 29 傳熱面積/㎡ 104.4 折流板間距/㎜ 200 管程數 4 材質 碳鋼 主要計算結果 管程 殼程 流速/（m/s） 1.083 0.32 表面傳熱系數/[W/（㎡?k）] 4785 350 污垢熱阻/（㎡?k/W） 0.0006 0.0004 阻力/ MPa 0.026277 0.00843 熱流量/KW 1557.3 傳熱溫差/K 49.7 傳熱系數/[W/（㎡?K）] 350 裕度/% 15.6%。

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