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管壳式换热器的设计方法和选择类型

上传时间:2019-07-15 09:52:34阅读次数:编辑:sxrt
陕西瑞特热工主营氟塑料换热器,氟塑料电加热器,钢衬氟反应釜,聚四氟乙烯电加热器,四氟换热器,电镀槽,氟塑料烟气余热回收换热器,全自动电镀生产线等设备及工装。

管壳式换热器是一种传统的标准换热设备。

它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、高压等有优点。

在许多工业部门中大量使用,尤其是在石油、化工、热能、动力等工业部门所使用的换热器中,管壳式换热器居主导地位。

鉴于管壳式换热器应用极广,为便于设计、制造、安装和使用,有关部门已制定了管壳式换热器系列标准。

例:

1BIU 800—2.5—245—6/19-41

封头管箱,公称直径800mm,管、壳程压力均为2.5MPa,公称换热面积245平方米,较高级冷拔换热管,外经19mm,管长6m4管程,单壳程的U型管式换热器。

2BIU 600—1.6—90—6/25-2 II

封头管箱,公称直径600mm,管、壳程压力均为1.6MPa,公称换热面积90平方米,普通级冷拔换热管,外经25mm,管长6m2管程,单壳程的U型管式换热器。

 

压强的单位换算关系:

a1kgf/cm2=98066.5Pa

b1MPa=106Pa

c1bar=0.1MPa=106dyn/cm2

d1atm=760mmHg=101325Pa

管壳式换热器的设计与选型

换热器的设计是通过计算,确定经济合理的传热面积及换热器的其他有关尺寸,以完成生产中所要求的传热任务。

1、设计的基本原则

1)流体流径的选择  是指在管程和壳程各走哪一种流体,此问题受多方面因素的制约,下面以固定管板式换热器为例,介绍一些选择原则:

a、不洁净和易结垢的流体宜走管程,以为管程清洗比较方便。

b、腐蚀性的流体宜走管程,以免管子和壳体同时被腐蚀,且管程便于检修与更换,

c、压力高的流体宜走管程,以免壳体受压,可节省壳体金属消耗量。

d、被冷却的流体宜走壳程,可利用壳体对外的散热作用,增强冷却效果。

e、饱和蒸汽宜走壳程,以便于及时排除冷凝液,且整齐较洁净,一般不需清洗。

f、有毒易污染的流体宜走管程,以减少泄漏量。

g、流量小或粘度大的流体宜走壳程,因流体在有折流板的壳程中流动,由于流速和流向的不断改变,在低ReRe>100)下即可达到湍流,以提高传热系数。

h、若两流体温差较大,宜使对流传热系数大的流体走壳程,因壁面温度与α大的流体接近,以减小管壁与壳壁的温差,减小温差应力。

 

以上原则并不是绝对的,对具体的流体来说,上述原则可能是相互矛盾的。因此,在选择流体的流径是,必须根据具体情况,抓住主要矛盾进行确定。

2)流体流苏的选择   涉及到传热系数、流动阻力及换热器构造等方面。

流速:流速加大对流传热系数,减少污垢的形成,使总传热系数增大。

但同时使流动阻力增大,动力消耗增多;选择高流速,使管子的数目减小,对一定换热面积,不得不采用较长的管子或增加程数,管子太长不流于清洗,单程变为多程使平均传热温差下降。

因此需通过多方面权衡选择适宜的流速。

13列出常用流速范围,选择流速时尽量避免在层下流动。

1  管壳式换热器常见流速范围

 一般流体

易结垢流体

气体

流速m/s

管程

0.5~3.0

>1。0

5.0~30

壳程

0。2~1。5

>0。5

3.1~15

管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速

液体粘度mPas

>1500

1500~500

500~100

100~35

35~1

<1

最大流速m/s

0.6

0。75

1.1

1。5

1.8

2.4

3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度

液体名称

乙醚、二硫化碳、苯

甲醇、乙醇、汽油

丙酮

安全允许速度m/s

<1

<2~3

<10

 

3)管子的规格和管间距

a、管子的规格选择包括管径和管长。对于洁净的流体可选择小管径,对于易结垢或不洁净的流体,可选择大管径。

b、管间距:管子的中心距,管间距小,有利于提高传热系数,且设备紧凑。但由于制造上的限制。常用对比关系见表4

管壳式换热器外经与中心距的关系

换热管外经mm

10

14

19

25

32

38

45

57

换热管中心距mm

14

19

25

32

40

48

57

72

 

管壳式换热器选用的设计计算步骤:

设:有一热流体需要冷却,已知:qm1cp1t’1t’’1qm2cp2t’2,选择了t’’2,可以计算出Q,△tm1K,φ与换热器结垢形式及尺寸有关。为确定换热器的传热面积A,必须通过试差计算,步骤如下:

1)初选换热器的尺寸规格:

a、流动方式:由t’1t’’t’2t’’2确定流体在换热器中两端的温度,计算定性温度,确定在定性温度下的流体物性。计算△tm1,和φ,φ的数值应大于0。8。确定壳程数或调整加热介质或冷却戒指的终温t’’2)。

b、估计春热系数K,计算传热面积A 

c、根据A的数值,参照系列标准选定换热管的直径、长度及排列,如果是选换热器,可根据A在系列标准中选择释放的换热器型号。

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