列管式换热器设计步骤

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（5）管板与分程隔板的连接:采用单层隔板，隔 板材料与封头材料一致，厚度s＝10mm。（见 讲义P77表4－19）
隔板
S 管板
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S＋ 2
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7、封头与管箱
➢ 封头与管箱位于壳体的两端。 （1）封头的选择：选用椭圆形封头，
Dg600×10mm GB1154－73 （2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边高
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（2）管外对流传热系数α1
1 0.725
r2g3
2
0.25
n3d0 t
➢n为水平管束垂直列上的管数
弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7
➢假设管外壁温TW（115.6℃）
t TS TW
Leabharlann Baidu
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（3）污垢热阻及管壁热阻
➢ 苯侧污垢热阻RS2＝1.76×10-4m2·℃/W
Q 1A T T W
TW
T
Q
1A
➢ 结果与原假设值TW校核 ——（TW＝115.6℃）
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3、校核传热面积A
T t2
t1
0
L
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➢ 水蒸汽侧Ts
不变，一壳
t2
程双管程换 热器平均温
度差与逆流
平均温度差
相等。
2L
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➢ 实际所需面积
➢实际提供面积
A' Q K tm
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设计内容
➢设计说明书
➢布管图
187
➢装配图
187
169 114 169
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设计步骤
一、确定定性温度、物性数据 二、换热器的类型及流体走向 三、工艺计算 四、换热器尺寸的初步确定 五、校核计算
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六、进出口管径 七、校核流体压力降 八、换热器尺寸及附属部件 九、参考资料 十、对一些问题的说明
➢ 蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小， 水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，
➢ 碳钢钢管的导热系数λ＝45 W/m2·℃
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（4）校核K值 以外表面计算：
K 1d 2d 12bdm 1 dRSd d1 211
➢计算K值与原设值K初比较 使相对误差<5%
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2、校核壁温TW
Φ42.25×3.25mm，长100mm
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七、校核流体压力降
➢ 管程总压力降 ➢ 壳程压力降
壳程是饱和水蒸汽冷凝， 阻力很小，不校核其压力降。
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管程总压力降 （P272）
➢ 总压力降计算公式
P t P i P r F t N s N p
➢ 每程直管压力降
n＝164根，双管程
5. 布管图
见图纸2-2。
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6、管板
(1)管板材料：选用碳素钢A4。 (2)管子在管板上的固定方法：焊接 (3)管板尺寸：Pg＝16kgf/cm2，
（见讲义P66表4-8） (4)管板与壳体的连接：
采用法兰连接，拆开顶板可检修或清 理管内污垢，法兰尺寸见讲义P111－ 115图4－63及表4－27。
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（3）校核流速、确定管程
u'
ms2
n"
4
d
2 i
管程 m u （一般双管程） u'
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（4）管间距及排列方式
➢ 管间距t＝（1.25～1.3）d0
➢ 采用三角型排列 ➢ 根据总管数n”确定层数a，
➢ 是否弓形排管，确定NT ➢ 最外层六角形对角线上管数
NTb＝2a+1 ➢ 采用胀管法排列
➢ 实际管数n＝NT－NTb－n3 ➢ 双管程，每程n/2根排列管子
➢ 实际流速 ，与初设苯流速u’2 校核
u
ms2
n 2
4
d
2 0
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3、换热器长径比
➢ 确定长径比的取值范围
L 4~6 D
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五、校核计算
1、校核总传热系数K值 2、校核壁温TW 3、校核传热面积A
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一、确定定性温度、物性数据
1. 苯的物性数据
2.
t1 、t2 、tm 、ρ２ 、CP2 、μ2 、
λ2
2. 水蒸汽的物性数据
3.
Ts 、ρ１ 、γ１
4.
同温度下水的物性
5.
ρ 、μ 、λ
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二、换热器的类型及流体走向
➢ 卧式固定管板式换热器 ➢ 水蒸汽走壳程，苯走管程 ➢ 不需要进行热补偿 ➢ 不需要加折流挡板
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度40mm。（讲义P142附表1－2） ➢ 管程接口管与封头为焊接，封头与壳体
为法兰连接，法兰尺寸与上同。
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8. 管程进出口接管直径：选用无缝热 轧钢管（YB231-64）Φ152×4.5mm 长200mm。
9. 支座的公称直径Dg600mm，每个支 座承受的载荷为36.8吨，材料采用 A3F碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸 见讲义P117图4－28b，表4－28）
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1、校核总传热系数K值
K 1d 2d 12RS2d d1 2bdm 1dRS111
➢ 管内对流传热系数α2 ➢ 管外对流传热系数α1 ➢ 污垢热阻及管壁热阻
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（1）管内对流传热系数α2
20.02d3R0.e8P0.r4 被加热
Re du
Pr CP
－－P269-271
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三、工艺计算
1、热负荷即传热速率Q 2、平均温度差Δtm 3、选K值，估算传热面积A初
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1、热负荷即传热速率Q
QKAtm
Q m S 2 c P 2 t 2 t 1 m S 1 c P 1 T 1 T 2
Qms1r
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10. 整个换热器采用卧式安装，安装图 见图纸2－1。
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九、参考资料
1. 《列管式换热器及其设计》（讲义） 山东轻工业学院，《化工原理教研 室》编，1987年。
2. 《化工原理》上册
化学工
业出版社，谭天恩主编，1990年。
3. 《基础化学工程》
上海科
学技术出版社，编写组，1980年。
（1）管子规格
➢ 库存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳 钢钢管
➢ 取管内苯的流速为u’2 （0.60 m/s） ——苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s
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（2）初步设计总管数
n ' A初 圆整n”
dL
n’’ 根———三角形排列管数，
3a2+3a+1
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由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧 的对流传热系数大得多，根据壁温 总是趋近于对流传热系数较大的一 侧流体的温度实际情况，壁温与流 体温度相差无几，因此本次设计不 采用热补偿装置。
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Thanks Attention
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Science and technology, especially strategic high technology, is increasingly becoming the decisive force in economic and social development and the focus of competition in comprehensive national strength.
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λ 计算
➢取ε＝0.2mm，ε/d = 0.01
➢
Re du
➢查图可知λ
（化工原理上册P43图1－28）
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八、换热器尺寸及附属部件
1. 管间距： t＝32.5mm
2. 壳体直径：Φ600×10mm，内径D＝ 580mm
3. 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 4. 管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m，
化工原理课程设计
山东轻工业学院
列管式换热器设计
指 导
陈
教 师
振
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设计题目
山东轻工业学院
指 导
陈
教 师
振
拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下 20℃的苯加热到80℃，
①苯的质量流量为50t/h—单号
②苯的质量流量为40t/h－双号
试设计一列管式换热器。
已 知 仓 库 中 现 有 Φ25×2.5mm， 长 6m的碳钢钢管
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2、水蒸汽进口管径
➢ 蒸汽用量
GQ10.03
r
➢蒸汽体积流量 V＝Gν
➢取蒸汽流速u’＝20 m/s
—富裕量3％
D1
4V
u '
➢选用无缝热轧钢管（YB231-64）
（Φ219×6mm，长200mm）
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3、冷凝水排出口
➢选用水煤气管 1 1 "
2
Pi
l
di
u2
2
➢ 每程局部阻力引起的压降
P r u 22 3 u 22
➢校 核 ΔPt < 3.0×104Pa
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➢参数说明
d i —— 管内径;
l —— 管长
Ft
—— 管程结垢校正系数， 三角形为1.5，
正方形为1.4；
N s —— 壳程数，1；
N p —— 一壳程的管程数，2 。
Ad0Ln
➢余度
AA' 20% A
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六、进出口管径
➢苯进口管、出口管 ➢水蒸汽进口管径 ➢冷凝水排出口
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1、苯进口管、出口管
➢ 取进口流速u0＝1m/s ➢ 进口直径
d 4V
u
➢选用无缝热轧钢管（YB231-64） （Φ150×4.5mm，长200mm）
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2、平均温度差Δtm
➢ 由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把 两流体的平均温度差看作是逆流来计算 （双管程）
tm
t1 ln
t2 t1
t2
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3、选K值，估算传热面积A初
➢ 根据条件K值在580～1160 W/m2·℃ （K＝ 680W/m2·℃）
➢
A' Q K初tm
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2、壳程设计数据
➢ 壳体内径
D＝t（NTb－1）+ 2 b’ t －管间距
NTb －最外层六角形对角线上管数 b’ －六角形最外层管中心到壳体
内
壁距离，取b’＝（1～1.5）d0 ➢ 壳体内径标准圆整到ΦD×δmm
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➢ 中心拉杆n3根 直径Φ12mm 双管程隔板少排NTb根
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十、对一些问题的说明
列管式换热器是目前化工生产中应用最 广泛的一种换热器，它的结构简单、坚 固、容易制造、材料范围广泛，处理能 力可以很大，适应性强。但在传热效率、 设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗 量等方面还稍次于其他板式换热器。此 次设计所采用的固定管板式换热器是其 中最简单的一种。
➢选用安全系数Φ＝1.15～1.25 ➢A初＝ΦA’
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四、换热器尺寸的初步确定
➢ 确定管程结构尺寸 ➢ 壳程设计数据 ➢ 换热器长径比
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1、确定管程结构尺寸
➢管子规格 ➢初步设计总管数 ➢校核流速、确定管程 ➢管间距及排列方式
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