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换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备;板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 ▽
设计计算要求 ▽ 两流体温度的变化情况 热流体进口温度 137℃，出口温度 40℃； 冷流体进口温度40℃，出口温度为 30℃。 该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，确定选用浮头式换热器。 ▽ 选型 ▽ ▽ 管程设计安排 从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环冷却水走管程，热空气走壳程。 ▽ 确定物性数据 对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。 壳程混和气体的定性温度 ▽ 管程流体的定性温度 ▽ ▽ 估算传热面积 ▽ 热流量
冷却水用量 ▽ 平均传热温差先按照纯逆流计算
初算传热面积 查下表取K=280 W/(㎡·k)
▽ 工艺尺寸 ▽ 管径和管内流速 选用Φ25*2.5mm较高级冷拔传热管(碳钢),差下表取管内流速1.2/iums ▽ 管程数和传热管数 可以依据传热管内径和流速确定单程管传热数
▽ 按照单管程，所需的传热管长度为 ▽ 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取l=6m，则该换热器的管程数为
取Np=4 传热管总根数n=500根 ▽ 平均传热温差校正
按单壳程,四管程结构 查得
平均传热温差
▽ 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 ▽ 传热管排列和分程方法 ▽ 采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。 取管心距
隔板中心到离其最近一排管中心距离按下式计算
各程相邻管的管心距为44mm ▽ 壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按下式估算。取管板利用率η=0.75 壳体内径为
▽ 折流板 用圆缺折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为
可取H=200mm 取折流板间距B=0.5D
▽ 接管 ▽ 壳程流体进出口接管 取接管内气体流速为
则接管内径
圆整后可取管内径为210mm ▽ 管程流体进出口接管 取接管内液体流速
则接管内径
圆整后去管内径为210mm ▽ 换热器核算 ▽ 热传热面积校核 管程传热膜系数
当量直径
壳程流通截面积
壳程流体流速及其雷诺数分别为
普朗特数
污垢热阻和管壁热阻。管外侧污垢热阻
管内测污垢热阻
已知管壁宽度b=0.0025m 碳钢在该条件下的热导率为
传热面积校核
换热器实际传热面积
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 ▽ 换热器内压核算 ▽ 管程阻力
查得
所以
管程流体阻力在允许范围内 ▽ 壳程阻力
流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口阻力
计算出
总阻力
换热器主要结构尺寸和计算结果
经过设计出来了这个浮头式换热器。此换热器选用Φ52.5mm的碳钢管，管径较大，易于清洗，因考虑到管程流体易结垢，故选用此种类型的管，而且压降不是很大，所以选用较合理；本换热器的缺点就是不可承受较大压力流体的换热，而且排列的管子数不多，故处理能力有限。不过总体来说，按此方式设计及计算因能有借鉴作用。
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