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翅片管式换热器总传热系数如何计算?
传热--换热器晨怡热管 2007-12-16 21:49:44 一、换热器的分类
按用途分类分为:加热器、冷却器、再沸器、冷凝器、分凝器等
按传热原理和实现热交换的方法分类:间壁式换热器、混合式换热器
二、间壁式换热器的类型
间壁式换热器主要有:管式、板式、翅片式三种类型
1、管式换热器:蛇管式换热器(沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器)、
套管换热器、列管换热器
列管式(管壳式)换热器是目前化工生产中应用最广的换热器。
主要优点:单位体积具有的传热面积大,传热效果好,结构简单,操作弹性大,可用多种材料制造,适用性较强,尤其在高温、高压和大型装置上多采用列管式(管壳式)换热器。
当两流体的温度超过50℃时,由于热应力可能引起设备变形、管子弯曲,甚至破裂,应采取热补偿措施。
根据热补偿方法的不同,列管式换热器的主要形式有以下几种:
固定管板式(带热补偿圈的固定管板式换热器)
换热器的两端管板和壳体制成一体,使壳程清洗困难,所以要求壳程流体清洁且不结垢,两流体温差小于70℃。
U型管式换热器
U型管式换热器每根管子弯成U型,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。
适用于高温、高压的场合,管内清洗困难,所以要求管内流体清洁且不结垢。
浮头式换热器
其一端管板不与外壳连为一体,该端称为浮头。
便于清洗和检修,应用较为普遍,但结构比较复杂,造价较高。
上述几种列管式换热器,都有系列标准,可供选用。
规格型号中通常表明型式、壳体直径、传热面积、能承受的压强及管程数等。
如:FA600-130-16-2换热器
FA:浮头式A型,换热管为Φ19×2mm。
正三角形排列。壳体公称直径为600mm,公称传热面积为130m2,公称压强为16kgf/cm2,管程数为2。
2、板式换热器
(1)夹套式换热器
(2)螺旋板式换热器
优点:总传热系数高,不易结垢和堵塞,能利用温度较低的热源,结构紧凑。
缺点:操作压强及温度不宜太高,不宜检修。
(3)平板式换热器
优点:传热系数高,结构紧凑,具有可拆结构。
缺点:处理量小,操作压强低,小于1.5Mpa,操作温度不能太高。
3、翅片式换热器
(1)翅片管换热器
(2)板翅式换热器
三、换热器传热过程的强化
由传热速率方程Q=KS△tm可知
增大传热系数K、传热面积S或平均温度差都可提高传热速率Q,所以换热器传热过程的强化也从这三方面考虑:
增大传热面积:主要提高单位体积的传热面积
(2) 增大平均温度差:一般采用逆流操作
(3) 增大总传热系数:是在强化传热中重点考虑的方面。
欲提高总传热系数,就须减少管壁两侧的对流传热系数、污垢热阻和管壁热阻。主要设法减少其中较大的热阻。
一般:管壁热阻不会成为主要热阻。
污垢热阻:应防止结垢和及时清除垢层。对易结垢流体,可增加流速,在管程内流动。
对流传热热阻:可采用提高流速和增加对流体的扰动来提高传热系数。
四、列管式换热器的设计和选用
列管式换热器的设计和选用的核心是计算换热器的传热面积。要计算传热面积,先要知道K及△tm,K值与设备结构、尺寸及流体流道等有关,而△tm与两流体的终温有关。因此换热器的设计和选用,需考虑许多问题。
列管式换热器设计或选用时应考虑的问题
流体流动通道的选择
流体流速的选择
流体两端温度的确定
一般设计中冷却水两端温度差可取为5--10℃
管子的规格和排列方法
我国列管式换热器系列标准中采用
Φ25×2.5mm及Φ19×2mm两种规格的管子,标准钢管长度为6米,所以合理的管长应为1.5米、2米、3米、6米。其中以3米和6米管长为多。
L/D为4—6。
管程数和壳程数的确定
为了提高管内流速,可采用多管程,但同时导致流动阻力增加,平均温度差下降。当温度差修正系数低于0.8时,可采用多壳程。
折流挡板
目的提高壳程对流传热系数,最常用的为圆缺形挡板
外壳直径的确定
材料选用
流体通过换热器的阻力(压强降)计算
2、列管式换热器的选用和设计计算步骤
估算传热面积,并初选换热器型号
(1) 确定两流体在换热器中流动通道
根据传热任务,计算传热量
确定流体在换热器两端的温度,计算定性温度,并确定流体物性
根据两流体的温度差,确定换热器的型式
计算平均温度差,并根据温度差校正系数不小于0.8的原则,确定壳程数或调整加热介质或冷却介质的终温
依据总传热系数的经验范围或生产实际情况,选取总传热系数
由总传热速率方程估算传热面积,并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择设备规格
计算管程、壳程阻力
核算总传热系数和传热面积

选用的换热器实际传热面积应比计算所需的传热面积约大10%--25%。

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