管壳式换热器工艺设计

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【摘要】介绍换热器的工艺设计程序，特别是管壳式换热器的工艺设计过程，并结合实际工程经验，换热器在化工生产装置中应用十分广泛，是化工操作单元中的重要组成部分。随着工业装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化。目前在大型化工生产装置中，各种换热设备的数量占工艺设备数量的30%以上。因此，换热器设计对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要作用。

【关键词】管壳式换热器 传热量 介质流量

1 选型

1.1 初选

换热器种类繁多，形式各异，如管壳式、釜式、板式、板翅式、螺旋板式、空冷器、套管式、蛇管式、升降膜式等。为了获得较好的传热效果，由于换热器形式多样，所以在设计换热器时必须先根据温度、压力、温度差、压力降、结垢情况、材料、流体状态、应用方式、检修和清理等实际情况，初步选定符合操作条件的换热器形式，再确定换热器的几何尺寸。在满足安全性和热负荷的基础上，通过技术经济对比，确定最佳换热器形式。

1.2 强化传热

由传热量公式：Q=KA t？（1）式中，Q为传热量；K为传热系数；A为传热面积；t？为平均温差。由式（1）可知增加 K、A和t？值，均可提高 Q值。其中最主要的是提高K值，方法是增强两侧流体的湍动，这就构成传统管壳式换热器以外的特殊形式换热器。

1.3 管壳式

由于管壳式换热器易于制造、适应性强、处理量大、成本较低以及可供选用的材料范围广泛，仍是当前应用最广，理论研究和设计技术最完善，性能可靠的一类换热器，而且目前关于改善管壳式换热器传热效果的研究仍在进行。

2换热器的几何尺寸

在设计过程中可以选择HTFS或HTRI进行设计计算，有时需要使用ASPENPLUS模拟工艺物料的物性数据。先进行设计性计算，输入基础数据，如换热器形式、流体走向、卧立式、流体温度、压力、流量及物性数据等，进行运算得出比较合适的换热器直径和换热管长，再进行校核型和模拟型计算，核算所选换热器是否满足设计要求。

2.1换热器的直径

关于换热器的直径，目前国内已有的标准系列（mm）：150，200，250，300，（350），400，（450），500，（550），600，（650），700，800，900，1000，（1100），1200，（1300），1400，（1500），1600，（1700），1800，（1900），2000，2200，（2300），2400，2600，2800，3000，3200，3400，3600，3800，4000。凡是（）记号的换热器直径，尽可能不选。若换热器直径小于400，可以选用无缝钢管制造换热器，因此可选用的无缝钢，管外径规格有：159，219，273，325，（377）。2.2换热管长

2.5 物料污垢系数

一般情况下，物料污垢系数对换热器的传热系数有较大影响，因此污垢系数的选取也直接影响到换热器的设计。工艺物料的污垢系数应由专利商在工艺包中提出，在没有数据的情况下可以根据物料特性、清洁度、粘度等选取。如汽相物

料可取 （0.0001～0.0002 ）・K/W，比较干净的液体物料可取 （0.0002～0.0003）・K / W，比较脏的物料可取 （0.0004～0.0005）・K/W甚至更高。

公用工程的污垢系数，除了有具体说明外，可参考以下数据选取：

循环冷却水：0.00052・K/W

冷冻盐水：0.00026・K/W

密封油：0.00017・K/W

蒸汽：0.000086・K/W

氮气：0.00017・K/W

间接冷却水：0.000086・K/W

3 结语

（ 1 ）支吊架在管道设计中有着不可忽视的重要作用，正确选择和合理布置弹簧支吊架，尽可能避免弹簧的失效尤为关键，它对装置正常和长周期运行及延长管系和设备使用寿命至关重要。

（ 2 ）碟形弹簧刚度大，承载能力大，工作特性线比较稳定，在安装和使用过程中，比圆柱螺旋弹簧更不容易失效，因此，在管道设计中，弹簧支吊架选用时最好选用碟形弹簧。它能保证管系安全正常运行，受力状态恒定。

换热器是化工，石油，动力，食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。关于换热器的设计优化我们需要注重换热器的尺寸以及K值的计算等多种问题，以达到对换热器最好的设计。