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列管式固定管板热交换器设计说明书 PAGE PAGE 10 列管式固定管板热交换器设计说明书 概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器 ,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体 ,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低, 吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器 ,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同 类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器， 它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器有以下几种： 1、固定管板式 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补 偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物 料。 2、U 形管式 U 形管式换热器每根管子均弯成 U 形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧， 封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必 须是洁净和不易结垢的物料。 3、浮头式 换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头 可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。【1】 设计标准 方案设计和拟订 根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，冷水走管程，热水走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为 3m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤， 计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。 根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。U 形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水，不易结垢，再根据造价低，经济的原则我们选用固定管板式换热器。 根据以下原则： (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和 检修。(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有 折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低 Re(Re100)下即可达到 湍流，以提高对流传热系数。我们选择冷水走管程，热水走壳程。 流体流速的选择：增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污 垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减 小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以 适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要 求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较 长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为 多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，根 据表换热器常用流速的范围，取管内流速 ui 1.0m / s 。 管子的规格和排列方法：选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有 φ25×2.5mm 及 φ19×mm 两种规格的管子。在这里， 选择 φ25×2.5mm 管子。管长的选择是以清