管壳式换热器设计注意事项.pptx

换热器的工艺设计计算有两种类型，即设计计算和校核计算，包括计算换热面积和选型两个方面。设计计算的目的是根据给定的工作条件及热负荷，选择一种适当的换热器类型，确定所需的换热面积，进而确定换热器的具体尺寸。校核计算的目的则是对已有的换热器，校核它是否满足预定的换热要求，这是属于换热器的性能计算问题。无论是设计计算还是校核计算，所需的数据包括结构数据、工艺数据和物性数据三大类。TASC程序使用（1）用途TASC程序可用于管壳式换热器的设计、物性核算或模拟计算。热流体可以为单相流也可以为冷凝流，冷流体可以为单相流也可以为沸腾流；两流体可以流经露点和/或泡点。（2）计算选择程序有三种供选择的计算方式：设计（DESIGN）按费用最佳或面积最小设计。核算（CHECKING）核算已知的换热器是否达到所规定的热负荷，计算结果为实际面积与所需面积之比。模拟计算（SIMULATION）按用户规定的两侧物流入口条件，计算出口条件，计算结果为实际热负荷与所需热负荷之比。核算和模拟计算的主要区别在于前者出入口条件为已知，而后者出口条件是计算出来的。有时将这两种方式都叫做性能计算方式。（3）几何参数选择HEAT EXCHANGER NOMENCLATURE USED BY HTFS1：FRONTENDHEAD2：REARENDHEAD（RETURNHEAD）3：TUBEPLATE（TUBESHEET）4：SINGLESEGMENTALBAFFLE（HORIZONTAL）5：SINGLESEGMENTALBAFFLE（VERTICAL）6：DOUBLESEGMENTALBAFFLE7：LONGITUDINALBAFFLE8：PASSPARTITIONPLATE9：SEALINGSTRIP10：BAFFLEPITCH1111 ：BAFFLECUT（%SHELLDIAMETER）相关项说明SideforHotStream流体流经管程或壳程的选择，应根据流体的性质，从有利于传热、耐用、减轻设备重量、减少污垢、降低压力损失及便于清扫等方面考虑。l温度高温流体、要求特殊材料者走管内，以节省材料，及便于保温；有时为了便于高温流体的散热，也可使高温流体走壳程，但为了保证操作人员的安全，需设置保温层。l压力较高压力的流体走管程，可减少壳体厚度。l粘度高粘度流体走壳程，容易进行湍流，扰动程度增大，以提高传热系数。l腐蚀性及毒性腐蚀性流体走管内，以节省耐腐蚀材料用量；毒性物料走管内，可减少泄露机会。l 清洁性较脏和易结垢的流体应走管程，以便于清洗。如必须走壳程，则应采用正方形排列，并采用可拆式（浮头式、填料函式、U型管式）换热器。TubesinWindow当换热器流量很大时，为了得到较好的错流和避免流体诱发振动，常常取掉缺口处的管子。BaffleType大多数折流板的效用是提高流速、改变流动方向以提高壳程传热膜系数，并支撑管子防止振动。l弓型折流板由于能引导流体以垂直方向错流管束，有利于湍动和传热，应用得最为广泛。一般选用单弓型板。l当壳程压降为控制因素时，可采用双弓型板。l当壳程进行蒸发、冷凝操作时或者管程传热膜系数很低时，壳程折流板的效果就不很明显，主要起支承作用，有时可以不要折流板。l 折流杆结构可使流体穿过折流杆与换热管之间的缝隙，这种换热器要求流量大，其压力降小，且传热效果好，可用于无相变和有相变的场合。BaffleCut弓型切口高度占直径之比。l无相变时一般为2025%，对冷凝或蒸发可达45%。l实际上在相同的压力降下，圆缺高度为20%的折流板将获得最好的传热效率。BafflePitch折流板的间距影响到壳程流体的流向和流速，从而影响到传热效率。l折流板之间的距离一般为壳径的0.31倍。l当壳程传热膜系数为控制因素时，板距宜小；最小的折流板间距为壳体直径的1/31/2，且不应小于50mm。l为了使流动方向垂直于管束，板间距应不大于壳径；由于折流板有支撑管子的作用，所以，钢管无支撑板的最大折流板间距为171d00.74(d0为管外径，单位为mm)。l如果必须增大折流板间距，就应另设支撑板。若管材是铜、铝或者它们的合金材料时，无支撑的最大间距应为150d00.74。BaffleCutOrientationl横缺形折流板（horizontal）适用于无相变的对流传热，防止壳程流体平行于管束流动，减少壳程底部液体的沉积。l在壳程进行冷凝或蒸发操作时，一般采用竖缺形折流板（vertical），以便于流出冷凝液和分离沸腾蒸汽。TubeOutsideDiameter管径愈小的换热器愈紧凑、愈便宜，且可以获得较好的传热膜系数与阻力系数的比值。l管径愈小的换热器的压降将愈大，在满足允许压力降的情况下，一般推荐选用19mm的管子。l对于易结垢的流体，为方便清洗，采用外径为25mm的管子。l对于有气-液两相流的工艺流体，有时选用较大的管径。TubePattern(30,45,60,90)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）两种型式。l三角形排列有利于壳程流体达到湍流且排管数也多。l正方形排列有利于壳程的清洗。l为了弥补各自的缺点，就产生了转过一定角度的正方形排列（45）和留有清洗通道的三角形排列（60）。Normal/FullBundleTubeLengthl列管式换热器长径比，以610最为常见。l无相变换热时，管子较长则传热系数也增加。l在相同的传热面积情况下，采用长管则流动截面积小，流速大，管程数小，从而可减少流体在换热器中的回弯次数，因而压力降也较小。l采用长管时，每平方米传热面的比价也低。l管子过长给制造带来困难；竖放时，还应考虑其稳定性，长径比以46为宜。l一般选用管长为46m。l对于传热面积大，或无相变的换热器可选用89m的管长。NumberTubesidepasses管程数有18程几种，常用的为1、2或4管程。l为了提高管程传热膜系数，可采用多管程换热器。l当壳程恒温时，管内多程对传热总是有利的。l但当管子两侧温度渐变时，不允许出现反温差。l管程数增加，管内流速增大，但管内流速要受到管程压力降等的限制。No.SealingStripspairsl密封条也称旁路挡板，它主要是为了防止流体由壳体和管束之间旁流。l只有壳程传热膜系数起控制作用时，安装旁路挡板才能显著提高总传热系数。l当旁路挡板超过一定数量后，对提高传热系数的作用下降，而对压降的影响增大。它一般是成对设置的，设计时可安装13对旁路挡板，相邻旁路挡板间距一般为100200mm。Nozzle/ImpingementType在壳程流体进口处，为防止流体对换热管表面的直接冲刷，应在该处设置防冲板。其设置条件为：l对于气体或蒸汽（包括气液混合物）要设置防冲板。l对于液体物流，应设置板的条件为：当非腐蚀性液体在壳程入口管处的动能u22300kg/(ms2)，腐蚀性液体u2740kg/(ms2)。（4）工艺条件操作情况操作压力P(A)，kgf/cm2合理压降P,kgf/cm2减压操作0.11P/10低压操作00.7P/20.7100.35中压操作10300.35较高压操作30800.72.5AllowablePressureDropl根据工艺操作条件要求，确定允许压力降；换热器的合理压降FoulingResistancel污垢对传热的影响，特别是当间壁两侧流体传热膜系数较大时，污垢就可能成为传热的控制因素。如一侧冷凝，一侧蒸发时，污垢的大小就起决定作用。l污垢不但对传热不利，也影响压降。因为随着操作时间的延长，污垢不断沉积于管壁上，流道逐渐减小，流速增大，压降迅速增加。当传热效率降低到一定程度或压降增加到一定程度后，即明显影响换热器的正常操作时，应予以停车清洗。为了获得一个经济的清洗周期，选择污垢系数就至关重要。l若选择的污垢系数过大，会使换热器过大，流速相应减小，反而促进污垢的沉积，保证不了操作周期。l如果选择的污垢系数过小，可能造成换热面积不足，影响正常操作。而且流速过大，虽然降低了结垢倾向，但操作费用增加。l如果管壁温度较高，就意味着有较大的平均温差，这将减小设备的尺寸，但是这个优点可能被由于壁温过高而加快结垢速度所抵消。l污垢系数要根据具体情况，权衡各方面的因素后方可决定。至此，可以得到这样的概念：污垢系数的大小直接影响换热器的尺寸，而换热器尺寸又影响流体流动状态，进而影响结垢的速度和程度，所以选择污垢系数时应当慎重。（5）输出结果分析l传热面积是否满足工艺要求，安全裕量够不够；l管程及壳程流体流速是否合理，是否在正常范围内流体在换热器中的合理流速应由允许压降来确定；液体常用流速范围：管程为0.33m/s,壳程为0.21.5m/s；气体常用流速范围：管程为530m/s,壳程为215m/s；易结垢流体，在管内流速应大于1m/s，壳程流速应大于0.5m/s；为了避免设备的严重磨蚀，流速不应超过最大允许的经验值；流速应随流体粘度的高低作相应修改；普通钢管内不同粘度下的常用流速流体粘度cp15001500500500100100353511烃类最大流速m/s0.60.751.11.51.52.43易燃、易爆液体的流速要低一些，不应超过其安全流速。l管程及壳程压降是否在允许的范围内调整换热器几何尺寸，如换热器直径、换热管管长、换热器管程数；壳程折流板型式、间距等。l管程及壳程传热膜系数大小判断分析总传热系数受哪侧传热膜系数控制；采用强化传热手段，提高控制侧传热膜系数；确定合适的污垢系数；l有效传热温差大小判断有效温差tm=Fttlmtlm对数平均温差；Ft温差校正系数；只有当换热器中两流体间的流动是纯逆流、纯并流或一侧流体温度不变时，有效温差才等于对数平均温差；在通常情况下，Ft值不应小于0.8；设法增加壳程数或用几个换热器串联，以提高Ft值。l 调整相应的几何尺寸，优化设计。