列管式换热器的设计和选用.pdf
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1、列管式换热器的设计和选用列管式换热器的设计和选用 (1 1) 列管式换热器的设计和选用应考虑的问题列管式换热器的设计和选用应考虑的问题 冷、热流体流动通道的选择 具体选择 冷、热流体流动通道的选择冷、热流体流动通道的选择 在换热器中,哪一种流体流经管程,哪一种流经壳程,下列几点可作为选择的一般原则: a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程,因管内清洗方便。 b) 腐蚀性流体宜在管程,以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内,以免壳体承受压力。 d) 饱和蒸汽宜走壳程,因饱和蒸汽比较清洁,表面传热系数与流速无关,而且冷凝液容易排出。 e) 流量小而粘度大()的流体一般以壳程为宜,因在
2、壳程 Re100 即可达到 湍流。但这不是绝对的,如流动阻力损失允许,将这类流体通入管内并采用多管程结构,亦可得到较高的表面传热 系数。 f) 若两流体温差较大,对于刚性结构的换热器,宜将表面传热系数大的流体通入壳程,以减小热应力。 g) 需要被冷却物料一般选壳程,便于散热。 以上各点常常不可能同时满足,应抓住主要方面,例如首先从流体的压力、防腐蚀及清洗等要求来考虑,然后 再从对阻力降低或其他要求予以校核选定。 流速的选择 常用流速范围 流速的选择流速的选择 流体在管程或壳程中的流速,不仅直接影响表面传热系数,而且影响污垢热阻,从而影响传热系数的大小,特 别对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体,流
3、速过低甚至可能导致管路堵塞,严重影响到设备的使用,但流速增大, 又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验,表 4.7.1 及表 4.7.2 列出一些工业上常用的 流速范围,以供参考。 表 4.7.1 列管换热器内常用的流速范围 流体种类 流速 m/s 管程壳程 一般液体 宜结垢液体 气 体 0.50.3 1 530 0.21.5 0.5 315 表 4.7.2 液体在列管换热器中流速(在钢管中) 液体粘度 最大流速 m/s 1500 1000500 500100 10053 351 1 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 流动方式的选择 流动方式选择 流动方式
4、的选择流动方式的选择 除逆流和并流之外,在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时,管 程或壳程越多,表面传热系数越大,对传热过程越有利。但是,采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失,即输送 流体的动力费用增加。因此,在决定换热器的程数时,需权衡传热和流体输送两方面的损失。 当采用多管程或多壳程时, 列管式换热器内的流动形式复杂, 对数平均值的温差要加以修正, 具体修正方法见 4.4 节。 换热管规格和排列的选择 具体选择 换热管规格和排列的选择换热管规格和排列的选择 换热管直径越小,换热器单位体积的传热面积越大。因此,对于洁净的流体管径可取小些。但对于不洁净或易
5、 结垢的流体,管径应取得大些,以免堵塞。考虑到制造和维修的方便,加热管的规格不宜过多。目前我国试行的系 列标准规定采用和两种规格,对一般流体是适应的。此外,还有,572.5 的无 缝钢管和252,的耐酸不锈钢管。 按选定的管径和流速确定管子数目,再根据所需传热面积,求得管子长度。实际所取管长应根据出厂的钢管长 度合理截用。我国生产的钢管长度多为 6m、9m,故系列标准中管长有 1.5,2,3,4.5,6 和 9m 六种,其中以 3m 和 6m 更为普遍。同时,管子的长度又应与管径相适应,一般管长与管径之比,即 L/D 约为 46。 管子的排列方式有等边三角形和正方形两种(图 4.7.11a,图
6、 4.7.11b)。与正方形相比,等边三角形排列比较 紧凑,管外流体湍动程度高,表面传热系数大。正方形排列虽比较松散,传热效果也较差,但管外清洗方便,对易 结垢流体更为适用。如将正方形排列的管束斜转 45安装(图 4.7.11c),可在一定程度上提高表面传热系数。 图 4.7.11 管子在管板上的排列 折流挡板 折流挡板间距的具体选择 折流挡板折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数,为取得良好的效果,挡板的形状和间距必须适当。 对圆缺形挡板而言,弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图 4.7.12 可以看出,弓形缺口太大 或太小都会产生“死区“,既不利于传热,又往往增
7、加流体阻力。 a.切除过少b.切除适当c.切除过多 图 4.7.12挡板切除对流动的影响 挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大,不能保证流体垂直流过管束,使管外表面传热系数下降; 间距太小,不便于制造和检修,阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的 0.21.0 倍。我国系列标准中采用的 挡板间距为: 固定管板式有 100,150,200,300,450,600,700mm 七种 浮头式有 100,150,200,250,300,350,450(或 480) ,600mm 八种。 (2 2) 流体通过换热器时阻力的计算流体通过换热器时阻力的计算 换热器管程及壳程的流动阻力,常常控制在
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