热交换器选型及设计指南.docx

热交换器选型及设计指南.docx

《热交换器选型及设计指南.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热交换器选型及设计指南.docx（125页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热交换器选型及设计指南

.

热互换器的选型和设计指南

...

.

1概括1

2换热器的分类及结构特色。

1

3换热器的种类选择2

4无相变物流换热器的选择11

5冷凝器的选择13

6蒸发器的选择14

7换热器的合理压力降17

8工艺条件中温度的采纳18

9管壳式换热器接收地点的选用19

10结构参数的选用19

11管壳式换热器的设计重点23

12空冷器的设计重点32

13空冷器设计基础数据35

...

.

1概括

本工作指南为工艺系统工程师供给换热器的选型原则和工艺参数的选用及

计算方法。

2换热器的分类及结构特色。

表2－1换热器的结构分类

固定管刚性结构：

用于管壳温差较小的状况（一般≤

板式50°C），管间不可以冲洗

带膨胀节：

有必定的温度赔偿能力，壳程只好蒙受较

低压力

浮头式管外均能蒙受高压，可用于高温高压场合

管壳式U型管式管外均能蒙受高压，管冲洗及检修困难

填料函

外填料函：

管间简单漏泄，不宜办理易挥发、易爆易

式

燃及压力较高的介质

管

填料函：

密封性能差，只好用于压差较小的场合

式

釜式

壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分别

套管式

双套管

结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定床反

式

应器中

套管式

能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预

热器

螺旋

淹没式

用于管流体的冷却、冷凝，或许管外流体的加热

盘管式

喷淋式

只用于管流体的冷却或冷凝

板式

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

板

伞板式

伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，

式

要求流体洁净

板壳式

板束近似于管制，可抽出冲洗检修，压力不可以太高

扩展

板翅式

结构十分紧凑，传热效率高，流体阻力大

表面

管翅式

合用于气体和液体之间传热，传热效率高，用于化

式

工、动力、空调、制冷工业

...

.

盘旋式

盘式

传热效率高，用于高温烟气冷却等

蓄热

鼓式

用于空气预热器等

式

固定格

紧凑式

合用于低温到高温的各样条件

室式

非紧凑

可用于高温及腐化性气体场合

式

3换热器的种类选择

换热器的种类好多，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，假如换到另一种场合可能传热成效和性能会有很大的改

变。

所以，针对详细状况正确地选择换热器的种类，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、压力及赞同压降的围

4）对冲洗、维修的要求

5）设备结构、资料、尺寸、重量

6）价钱、使用安全性和寿命

在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应付结构强度、资料根源、加

工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。

所有这些又常常是互相限制、互相影响的，经过设计的优化加以解决。

针对不一样的工艺条件及操作工况，我们有时使用特别型式的换热器或特别的换热管，以实现降低成本的目的。

所以，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择适合的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量耗费。

对工程技术人员而言，在设计换热器时，关于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必需时，还得经过计算来进行技术经济指标剖析、投资和操作花费对照，进而使设计达到该详细条件下的最正确设计。

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，其赞同压力能够从高真空到41.5MPa，温度能够从-100°C以下到1100°C高温。

别的，它还拥有容量

...

.

大、结构简单、造价便宜、冲洗方便等长处，所以它在换热器中是最主要的型式。

3.2特别型式的换热器

特别型式的换热器包含有:

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压力限制的。

在以下图中给出了特别型式的换热器的合用围，可供参照。

表3－1特别型式换热器的使用围

3.3特别型式的换热管

...

.

特别型式的换热管包含有低翅管、高通量管（UCC）、Thermoexcell-E、

C（日立）及槽管等。

3.4常用换热器

下表中归纳地描绘了常用换热器的型式及应用条件和特色。

表3－4换热器的种类及应用

类型

换热面积

温度

压力（最大）

材料

特色和应用

Types

Size

Temperature

Pressure

Material

FeaturesandApplication

（m2）

t（°C）

（kgf/cm2）

1．管壳式换热

器

管壳式

≤5000

-270≤t≤1650

600

无穷制

这类种类的换热器被宽泛地

（标准型）

用在工艺装置中，安全、可

S&T

靠。

能够经过采纳特别种类

的换热管来提高其传热性

能。

折流杆式

≤5000

-100≤t≤600

300

无穷制

经过折流杆支承换热管来除去

rodbaffle

振动。

因为壳侧流动是纵向

的、和有规律的，所以压力损

失较

小，合用于赞同压降小的气液

或气系统统。

多管式

≤50

-100≤t≤600

300

无穷制

因流动为纯逆流，故拥有较好

multitube

的传热推进力,当换热面积相

对照较小并且两流体温度交错

时，可考虑采纳此型式。

另

外，若壳侧传热不好，可使用

翅片

管来增强传热。

蛇管式

≤2000

-260≤t≤600

200

铜

在低温系统中，因不宜采纳铝

coiledtube

铝

材板翅式换热器，而常常使用

不锈钢

蛇管式换热器。

纯逆流流

碳钢

动，

传热可在两股以上流体间进行

高弹性的结构能够战胜热应力

...

.

在高温的气

气换热时，可采

用不锈钢资料。

2．单管式换热器

套管式

≤10

-100≤t≤600

300

铜

当传热面积比较小（10m2

20

doubletube

铝

m2）时，一般采纳套管式换热

不锈钢

器。

流动为纯逆流，制造成本

碳钢

低，维修简单，可是紧凑性较

差。

长号式

≤100

-50≤t≤300

300

铜

也称作冲刷式，水被从管侧上

Trombone

铝

处喷下，加热或冷却管流体

不锈钢

常常用在利用海水作介质的液

碳钢

化石油气加热器中。

结构简单

并易于维修，可是设备占地面

积较大。

蛇管式

≤10

0≤t≤300

300

铜、铝

蛇管式换热管常常被插在罐中

coil

不锈钢

用以加热或冷却罐的液体。

碳钢

类型

换热面积

温度

压力（最大）

材料

特色和应用

Types

Size

Temperature

Pressure

Material

FeaturesandApplication

（m2）

t（°C）

（kgf/cm2）

板式

≤2000

-40≤t≤200

25

钛

结构紧凑，易维修。

在液液

plate

不锈钢

换热设备中传热系数较高，实

（gasket）

等

际应用围宽泛。

也可于气体

冷却、冷凝或沸腾传热。

螺旋板式

≤200

-90≤t≤400

20

碳钢

主要有逆流和错流两种形式。

spiral

不锈钢

当温度存在交错时，最好采纳

钛等

逆流形式,而当气体冷却或冷

凝时,因为错流流动压力损失

小，故常采纳此形式。

此外

要谨慎选择流体的流路尽量避

免因为两股流体流率不均衡而

造成的设备传热性能的降低。

4．翅片式换热器

...

.

空冷器

≤2000

≤500

500

碳钢

空冷器和管壳式换热器对比，

air_cooled

（airtemp.:

不锈钢

安装面积大，对空冷器需作包

-60

+50）

翅片：

括结构价钱、耗电等因素在

铝、

的综合花费剖析。

往常当物流

碳钢

出口温度高于环境温度15°C

20°C或更高时，使用空冷器

较为经济。

板翅式

≤10000

－260≤t

70

铝

板翅式换热器往常用于低温过

platefin

≤100（铝）

不锈钢

程。

其传热性能好、重量轻、

铜

结构紧凑，适应性广，可用于

单相流动、冷凝器和蒸发器中

对高温系统中的气

气换

热，

当前正渐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，

特别合用低温或超低温场合。

热管

<2000

-40≤t≤350

10

碳钢

流动阻力小、体积小、结构紧

heatpipe

不锈钢

凑。

因为热管可在热流体和冷

铜

流体双侧经过增添翅片来扩展

受热面，因此大大提高了气

气换热器的传热量，用在气

气换热器中最为有效。

类型

换热面积

温

度

压力（最大）材料

特色和应用

Types

Size

Temperature

Pressure

Material

FeaturesandApplication

（m2）

t（°C）

（kgf/cm2）

5．特别资料的

换热器

石墨

≤700

≤160

7

不浸透

结构有：

管壳式换热器、块状

carbon

性石墨

换热器等。

聚四氟乙烯≤80

≤150

5

聚四氟

管壳式和浸泡式换热器，重量

teflon

乙烯

轻、结构紧凑。

机械性能较

...

.

差，只合用于低压工况。

玻璃

≤25

≤280

9

耐热玻

玻璃换热器有盘管式、喷淋式

glass

璃

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．特别换热管

低翅管

――

――

――

碳钢

管子表面的翅片可增大换热面

low

fin

不锈钢

积23倍。

与一般管子有着相

tube

铜合金

同管外径的低翅管常常用作管

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。

低翅管也相同

可用在冷凝和沸腾传热衷。

沸腾用传热――

――

――

碳钢

典型的增强传热管即：

高热通

强

不锈钢

量管（UCC）、Thermoexcell-E

化管

铜合金

（日立）等。

在沸腾传热系数

enhanced

低、温差小（10°C）的蒸发

tube

器中，常常使用增强传热管。

forboiling

上述管子均可提高传热系数10

20倍。

冷凝用传热――

――

――

碳钢

典型的增强传热管即：

槽管、

强

不锈钢

Thermoexcell-C（日立）、低翅

化管

铜

管等。

使用上述管子均可提高

enhanced

传热系数25倍。

tube

for

condensatio

n

从上表中能够看出在换热器选型时，我们应同时考虑能否采纳特别型式

的换热器和采纳什么样的换热管为好。

自然，我们往常一般第一考虑采纳管

...

.

壳式换热器。

此外，认真研究技术规定中的设计要求也是很必需的，尔后再

选用能最好发挥其特色的适合的换热器。

3.5管壳式换热器封头和管程数的选用

因管壳式换热器最为常用，下表3－5中给出了其封头选用的一般要求，

表3－6，3－7中给出了换热器的管程数限制值。

表3－5TEMA端部型式的选用

2

污垢系数：

m.°C/W

污

垢

系

数

管束

清洗

方法

（1）

前端固定

尾端封头种类

管

侧

壳

侧

型式

管侧

壳侧

式管箱

（2）

≤0.00018

所有

U型管

－

－

A或B（3）

－

≤0.00035

所有

U型管

C

－

A或B（3）

－

M（4）

－

A

－

可

抽

C

C

A或B（3）

S或T（5,6）

式

M

C

A

S或T（5,7）

C

M

A或B（3）

S或T（5）

M

M

A

S或T（5）

≤0.00035

≤

固

定

C

C

A,B或C（8）

L,M

或

0.00035

式

N（9,10）

M

C

A

L

>0.00035

所有

U型管

M（4）

－

A

－

可

抽

－

C

A

S

或T（5）

式

－

M

A

S

或T（5）

>0.00035

≤

固

定

－

C

A

L

0.00035

式

见附图一

（1）C：

化学冲洗；M：

机械冲洗，包含高压水力发射冲洗。

（2）A：

当管侧或壳侧腐化裕度为3.0mm时，首选封头型式。

（3）B：

常用的、较为经济的封头型式。

（4）只用于管侧可用高压水发射冲洗的冷却水系统。

（5）一般使用S形型头，除非有特别要求时选T型封头。

...

.

（6）当壳侧污垢系数≤0.00035时,能够使用不可以拆端盖。

（7）当壳侧污垢系数≤0.00035并且管侧可用高压水发射冲洗时，T型封头可使用不可以拆端盖。

（8）B或C：

常用型式，比A型经济。

（9）M或N：

常用型式，比L型经济。

（10）L：

当管侧腐化裕度为3.0mm时，首选封头型式。

表3－6各种换热器管程数限制

换热器种类管程数限制

U型管式随意偶数；分程隔板只装在换热器前端

固定管板式随意数；前、后两头均有分程隔板

拔出浮头式随意偶数；关于单管程，一定在浮头端加装密封

节；一般不用于单管程换热器。

带外密封套环的浮头式单管程或双管程；因为尾部没有分程隔板

带双开卡环的浮头式随意偶数；单管程时浮头端要加装密封节

带填料函的浮头式随意数

表3－7最大管程数

壳

径

最大管程数

<250

4

250

510

6

510

760

8

760

1020

10

1270

12

3.6据不一样的工艺条件来安排物流

下表从不一样的工艺条件出发给出了换热器的一般选型准则。

从换热器经

济设计的角度考虑，对管、壳式换热器应第一侧重考虑物流的安排问题，如

果两流体温度交错（即：

高温流体的出口温度低于冷流体的出口温度），应试

虑选流动型式为逆流的换热器。

只管对管壳式换热器能够选F型壳体，但因纵

...

.

向隔板间会发生热量和流体泄露，所以多半状况下不介绍使用此种型式的壳

体。

表3–8工艺条件和物流的安排

工艺条件管壳式

换热器介绍使用的特别种类的换热器

壳

侧

管

侧

高压

√

U型管式

高温

√

U型管式、蛇管式

大污垢系数

√

板式和螺旋板式换热器

高粘度流体

√

板式和螺旋板式换热器,增强湍流设备（比如扭

管）和静态混和器等

低压力降

√

√

X型壳体、折流杆式换热器和螺旋板式换热器

低流率

√

板式、螺旋板式、套管式及多管式换热器

腐化性流体

√

采纳耐腐化资料和特别资料

（石墨、玻璃、聚四

氟乙烯等）的换热器

低温度差

√

√

逆流型式的换热器。

如：

单管程、多管式、螺

旋板式及板式换热器等，并可使用增强传热管。

温度交错

√

√

逆流型式的换热器，如：

单管程、多管式、螺旋板

式及板式换热器。

冻结的流体

√

刺刀式、和带boxorboot的换热器

3.7冷却系统中换热器的选用

在很多工业过程中，产生的大批热量需要经过冷却系统来排出。

过去经

常以水作为冷却剂。

跟着工业的发展，冷却水需求量急剧增添，惹起供水困

难，因此发展了空气冷却。

对一个化工系统，一般包含有水冷系统和空冷系

统，或许是这二者的组合系统。

当来自冷却器或冷凝器的工艺流体的出口温

度较高时，应当考虑选择空气冷却器。

往常空冷器比其余种类的换热器经

济，设备回收期短，当工艺流体的出口温度高于大气环境温度15°C20°C

或更高时，选择空冷器比较理想。

自然对空冷器需做包含结构价钱、耗电等

因素等在的综合花费剖析。

而使用水冷系统时也应试虑包含供水、办理、循

环使用及废水办理等花费。

依据技术经济比较，在天气适合的地方，当工艺

物料的最低温度大于65°C，采纳空冷最为适合；而当工艺物料的最低温度小

...

.

于50°C，则宜用水冷；在这两温度之间，则应作详尽的经济剖析，以确立用何种型式。

一般来说，当工艺流体温度较低时，使用空冷器和管壳式水冷器的混淆系统比较合理，往常高于60°C的部分热量用空冷器取走，其余部分热量用水冷器取走。

3.7.1采纳空冷器的原则

1）冷却水供给困难，水冷的运行花费过高；

2）水冷惹起结垢和腐化严重;

3）水冷惹起环境污染，特别是化工厂，将热水排入环境的热污染也应

注意。

切合以下条件时，采纳空冷更加有益:

1）空气进口温度设计值<38°C

2）热流体出口温度与空气进口温度之差>15°C

3）有效对数均匀温差≥40°C

4）热流体凝结温度<0°C

5）热流体出口温度的赞同颠簸围≥35°C

6）管侧赞同压力降>10kpa

7）管介质的传热膜系数<2300w/m2.K

8）冷却水污垢系数>0.0002m2.°C/W4无相变物流换热器的选择

4.1无相变流动的换热器应按照表3－8中的通用规则。

4.2在大多半状况下，单相流动能够采纳特别型式的换热器，这些换热器

能够达到节俭设备结构造价和降低能耗的目的。

在设备选型时可参照

下表中不一样种类换热器的传热系数值。

常用换热器的总传热系数Kcal/（h.m2.°C）

流股A

流股B

管壳式

板式

螺旋板

其余型式

水

冷却水

700

4000

1500

选板式换热器较理想

烃类

冷却水

500

1500

1000

考虑板式换热器或空冷器

（μ<1cp）

烃类

冷却水

250

1000

600

（5cp<μ<10cp）

气体（1bar）

冷却水

70

200

80

a.若采纳低翅片管，总传热系数

...

.

可增大两倍以上。

U＝150

（气体1bar）

b.折流杆式换热器的压力损失小。

此外，X型壳体、和螺旋

板式的压力损失也较小

气体（5bar）

冷却水

150

200

200

c.为防备管子振动破坏，可采纳

气体（10bar）

冷却水

260

200

300

折流杆式换热器、管窗不排管

气体（20bar）

冷却水

330

――

――

的管壳式换热器

d.假如气侧设计压力低

5kgf/cm2

（g）,考虑用高翅片管

e.空冷器和管壳式换热器的总

传

热系数相当

流股A

流股B