换热器计算步骤
第2章工艺计算
设计原始数据
表2—1
管壳式换热器传热设计基本步骤
（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能
（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间
（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据
（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核
（6）选取管径和管内流速
（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核
（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的~倍
l
（9）选取管长
（10）计算管数
N
T
（11）校核管内流速，确定管程数
（12）画出排管图，确定壳径
D和壳程挡板形式及数量等
i
（13）校核壳程对流传热系数
（14）校核平均温度差
（15）校核传热面积
（16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
确定物性数据
定性温度
由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为：
t=420295
357.5
2
+
=℃（2-1）
管程流体的定性温度：
T=310330
320
2
+
=℃
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
物性参数
管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表】
表2—2
壳程蒸气在下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】
表2—3
估算传热面积 热流量
根据公式（2-1）计算：
p Q Wc t =? 【化原 4-31a 】 （2-2）
将已知数据代入 （2-1）得：
111
p Q WC t =?=60000××310 (330-310)/3600=
式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；
1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.
K ；
1t ?——工艺流体的温差，℃；
Q ——热流量，W 。
平均传热温差
根据 化工原理 4-45 公式（2-2）计算：
12
12
ln m t t t t t ?-??=
?? （2-3） 按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得：
()()()()
121242033031029541.86420330ln ln 310295m t t t t t ---?-??=
==?-?-℃
式中： m t ?——逆流的对数平均温差，℃；
1t ?——热流体进出口温差，℃； 2t ?——冷流体进出口温差，℃； 可按图2-1中（b ）所示进行计算。
图2-1 列管式换热器内流型
传热面积
根据所给条件选定一个较为适宜的K 值，假设K =400 W/则估算传热面积为:
m
t K Q
S ?=
（化工原理 式4-43） （2-4） 将已知数据代入 （2-3）得： 2m 39.10986
.4140067
.1831666t =??=m K Q S
式中：S ——估算的传热面积，2m ；
K ——假设传热系数，W/m 2.℃；
m t ?——平均传热温差，℃。 考虑的面积裕度，则所需传热面积为:
28.12515.188.11215.1'm S S =?=?= （2-5）
热流体用量
根据公式（2-4）计算：由化工原理热平衡公式
p Q
W c t
=
? 将已知数据代入 （2-4）得： kg/h 68
.17392)
295420(033.367
.1831666222=-?=?=
t C Q W p （2-6）
式中Q ——热流量，W ；
2p c ——定压比热容，kJ/㎏.
℃；
2t ?——热流体的温差，℃； 2W ——热流体的质量流量，kg /h 。
工艺尺寸 管数和管长
1.管径和管内流速
根据红书 表3-2 换热管规格
表2-4
根据 红书 表3-4 取管内流速s m i /1u = ⒉管程数和传热管数 依红书3-9式 u
n d
q
v 2
4π
=
，可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数
758.74102.04
7.70967
.164n 2
2
≈=??=
=
ππ
u d q
i
i v s （根） (2-7) 式中
q v
——管程体积流量，s
3
m
；
n ——单程传热管数目；
i d ——传热管内径，mm ； u ——管内流体流速，s
m 。
按单管程计算,依红书3-10,所需的传热管长度为 ()m n
d A s
o
p 3.2175
025.08
.125L =??=
=
ππ (2-8)
式中 L ——按单程管计算的传热管长度，m A p ——传热面积，2m ；
d
o
——换热管外径，m 。
按单管程设计，传热管过长，则应采用多管程，根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长m l 6=,则该换热器的管程数为 456.36
3
.21≈===
l L N p （管程）
(2-9) 传热管总根数 300475=?=?=N n N p s T （根） (2-10) 式中， 0d ——管子外径，m ；
'
T N ——传热管总根数，根；
0d ——管子外径，m ；
3.换热器的实际传热面积，依据红书3-12，
203.1413006025.014.3m lN d A T =???==π （2-11）
式中，
。
换热器的实际传热面积换热器的总传热管数；
----A N T
平均传热温差校正及壳程数
选用多管程损失部分传热温差，这种情况下平均传热温差校正系数与流体进出口温度有关，其中按红书3-13a 3-13b
12
21
T T R t t -=
=-热流体的温差冷流体的温差 （2-12）
2111
t t P T t -=
=-冷流体的温差
两流体最初温差 （2-13）