管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器设计内容选型

管壳式换热器设计内容选型1.热负荷计算:首先需要确定换热器需要处理的热负荷,即需要传递的热量。
这可以通过分析工艺流程和温度要求来确定。
2.流体选择:根据热负荷计算结果,选择合适的流体作为热源和冷却剂。
常见的流体包括水、空气、油等。
3.材料选择:根据流体的性质和工作条件,选择合适的材料用于制造换热器。
常见的材料包括不锈钢、碳钢、铜等。
4.管子和壳体的设计:确定管子和壳体的尺寸和布局,以最大程度地增加传热面积,并确保流体在换热过程中能够充分接触。
通常,换热面积越大,传热效果越好。
5.流体流量计算:根据热负荷和流体性质,计算出换热器的流体流量。
流体流量的选择需要考虑热负荷和流体压降之间的平衡。
6.管子和壳体的布局:根据工艺要求和空间限制,确定管子和壳体的布局。
在设计过程中,需要考虑流体的流动路径,以确保换热器的效率和可靠性。
7.管束和管板的设计:根据流体的特点,确定管束和管板的形式和结构。
管束和管板的设计主要是为了增加流体的混合,从而提高传热效果。
8.密封设计:保证换热器的密封性能,防止流体泄漏。
密封设计需要考虑材料的选择和密封结构的设计。
9.清洗和维护:确保换热器易于清洗和维护,以保持其良好的运行状态。
清洗和维护的设计需要考虑换热器的结构和布局。
总之,管壳式换热器的设计内容包括热负荷计算、流体选择、材料选择、管子和壳体的设计、流体流量计算、管子和壳体的布局、管束和管板的设计、密封设计以及清洗和维护等方面。
正确的设计和选型能够提高换热器的效率和可靠性,降低能源消耗和维护成本。
管壳式换热器的设计

管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备,广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成,能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中,一个介质在管内流动,被称为"壳侧流体",另一个介质在管外流动,被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动,而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好:要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递,以满足工艺要求。
2.压力损失小:为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗,设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件:换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠:要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性,尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体:壳体是换热器的外壳,一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数,并采取相应的增强措施。
2.管束:管束是由多根管子组成的,一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数,同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板:管板位于管束两端,起到支撑和固定管束的作用,一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性,并采用合适的孔洞布置,以保证流体的均匀流动。
4.管箱:管箱是安装在管板上的设施,主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数,以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中,需要进行换热器的热力计算和结构力学计算,以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时,还需要根据不同工艺和使用条件的要求,进行热交换面积的计算和确定。
管壳式换热器设计和选型

管壳式换热器设计和选型首先,管壳式换热器的设计需要根据具体的换热要求来确定,主要包括换热量、换热介质、流体流量和温度等参数。
根据设计要求,可以确定壳程和管程的尺寸、管道布置、换热面积等参数。
在设计过程中,需要考虑以下几个方面:1.热力计算:根据热源和热负荷的温度和流量要求,进行热力计算,确定所需的换热面积。
2.材料选择:根据工作介质的性质和工作条件,选择合适的材料,如不锈钢、铜合金等,以确保换热器的耐腐蚀性和耐高温性。
3.管道布置:根据介质的流态和流速等因素,确定管道的布置方式,如串流、并流、交叉流等,以实现最佳的换热效果。
4.换热面积:根据设计要求和换热性能,确定所需的换热面积,以满足换热要求。
5.清洗和维护:在设计过程中,要考虑到换热器的清洗和维护,选择合适的结构和材料,以方便换热器的维护和清洗。
在选型过程中,需要考虑以下几个因素:1.流体性质:选型时需要考虑流体的性质,包括流体的物理性质、压力和温度范围、粘度等。
不同的流体对换热器的要求不同,需要选择适合的换热器类型和材料。
2.温度和压力:根据工作条件确定换热器的温度和压力范围,选择符合要求的换热器。
3.环境限制:考虑到环境因素,如空间限制、气候条件等,选择适合的换热器尺寸和类型。
4.经济效益:综合考虑设备造价、运行费用、维护保养成本等因素,选择经济、高效的换热器。
5.供应商选择:选择有经验和信誉良好的供应商,确保提供优质的产品和服务。
总之,管壳式换热器的设计和选型需要根据具体的应用要求和工艺条件来确定,需要综合考虑热力计算、材料选择、管道布置、换热面积、清洗和维护等因素,并在选型过程中考虑流体性质、温度和压力、环境限制、经济效益和供应商选择等因素,以确保设计符合要求,选型合理可靠,并能够实现高效换热。
管壳式换热器设计与选型步骤

生意社08月13日讯
1、工艺计算:
1>按流体种类、冷却流体的流量、进出口温度、工作压力等计算出需要传递的热量。
2>根据流体的腐蚀性及其它特性选择管子和壳体的材料。
并根据材料加工特性,流体的流量、压力、温度,换热管与壳体的温度,需要传递热量的多少,造价的高低及检修清洗方便等因素,决定采用哪一种类型的管壳式换热器。
3>确立流体的流动空间,即确定管程与壳程内分别是什么介质
4>确定参与换热器的两种流体的流向,使并流、逆流还是错流。
并计算出流体的有效平均温差.
5>根据经验初选传热系数K,并估算所需传热面积A。
6>根据计算出传热面积A,参照我国管壳式换热器标准系列,初步确定换热器的基本参数(管径、管程数、管子根数、管长、管子排列方式、折流元件等的型式及布置、壳体直径等结构参数)。
7>根据确定的标准系列尺寸,进行传热系数的校核和阻力降的计算。
最后按标准选用换热器或者进行机械设计。
2、机械设计计算
机械设计计算包括:
(1)壳体和管箱壁厚的计算
(2)管子与管板连接结构设计
(3)壳体与管板连接结构设计
(4)管板厚度计算
(5)折流板、支持板等零部件的结构设计
(6)换热管与壳体在温差和流体压力联合作用下的应力计算
(7)管子拉脱力和稳定性校核
(8)判断是否需要膨胀节,如需要,则选择膨胀节结构形式,并进行有关的计算。
(9)接管、接管法兰、容器法兰、支座等的选择及开孔补强设计。
管壳式换热器设计总结

管壳式换热器设计总结管壳式换热器是一种常见的热交换设备,广泛应用于化工、石油、制药等行业。
其设计涉及到许多方面,包括换热原理、结构设计、材料选择等。
本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。
管内流体一般为待加热或待冷却的介质,而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。
通过这种方式,可以实现两种介质之间的热量转移,达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。
它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。
管束是换热的核心部分,通过将多根管子固定在管板上,形成流体的通道。
而壳体则是管束的外部保护壳,起到支撑和密封的作用。
管侧流体通过管侧进出口进入管束内,与管内流体进行热量交换,然后再通过壳侧进出口流出。
这样的结构设计,既保证了换热效率,又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。
由于在换热过程中,介质可能存在腐蚀、高温等问题,因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。
常见的材料有不锈钢、钛合金等。
对于特殊的工况,还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中,还需要考虑一些其他因素。
首先是换热面积的确定,它与换热效果直接相关。
一般来说,换热面积越大,换热效果越好。
其次是流体的流速和流量,它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。
此外,还需要考虑到换热器的尺寸和重量,以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中,还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。
例如,在高温高压的条件下,需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料;在对流体的温度变化要求较高的情况下,需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
管壳式换热器的设计需要考虑多个方面的因素,包括换热原理、结构设计、材料选择等。
合理的设计可以提高换热效率,降低能耗,满足工业生产的需求。
同时,还需要根据具体的工况和要求进行定制设计,以提高设备的安全性和可靠性。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解

市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展,管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时, 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施, 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发,专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模,包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型,对工艺流程进行模拟计 算,得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果,对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计,以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式,如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质(如密度、粘度、比热容等) 和化学性质(如腐蚀性、结垢性等)。
经济性
在满足工艺要求的前提下,考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化,HTRI软件逐步增加了新的功能模
块,如振动分析、腐蚀预测等,并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前,HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器设计选型

管壳式换热器设计选型
一、换热器选型的基础
在管壳式换热器结构形式中,设计和选型的主要因素有:换热器的负
荷率、传热效率、凝结物沉积、对管壳换热器热性能的影响因素、管壳型
号和规格、在换热器抗冲击性能的影响、铭牌设计性能和管壳强度要求等。
1.关于管壳式换热器的负荷率
在计算换热器的负荷率时,需要考虑换热器的负荷率与介质流量温度
有关,当流量温度越大,换热器的负荷率越大,但流量温度比较低时,换
热器的负荷率就较低。
在负荷率计算中,还需要考虑其他因素如液体的粘度、流体压力、换热面积、单位传热面积等。
2.关于管壳式换热器的传热效率
换热器的传热效率主要取决于换热器的几何结构,以及内、外管壳间
的接触面积大小,而内、外管壳间的接触面积的大小,又是由管壳结构型
号和规格参数决定的,所以,选择管壳型号和规格参数时,必须考虑到换
热器的传热效率。
3.凝结物沉积
凝结物沉积是管壳式换热器热性能的一个重要因素,它包括水铁、水铝、水锡等,这些凝结物会影响换热器的传热效率,严重影响换热器的使
用寿命。
管壳式换热器的设计及选型指导

管壳式换热器的设计及选型指导
首先,设计管壳式换热器时需要确定换热器的传热负荷。
传热负荷是
根据换热介质的热容、进出口温度差以及流量等参数计算得出的。
对于不
同的工况和换热介质,传热负荷不同,因此需要根据具体情况进行计算。
其次,设计时需要确定管道的结构形式。
常见的管壳式换热器结构形
式有单通道、多通道和多分流型。
单通道结构适用于流量较小的换热介质,多通道和多分流型适用于流量较大的换热介质。
在确定结构形式时,需要
考虑换热效果、流体流动状态以及材料成本等因素。
然后,设计时需要选择合适的材料和密封方式。
管壳式换热器常用的
材料有碳钢、不锈钢、铜合金等。
材料的选择需要考虑介质的特性,如酸
碱性、腐蚀性等。
密封方式有悬挂式、焊接式、密封垫等,需要根据具体
工况选择合适的密封方式。
最后,进行选型时需要综合考虑换热器的性能和经济性。
性能指的是
换热器的传热效率、耐压能力、防腐性等。
经济性则包括材料成本、维护
费用等因素。
在选型时,需要根据实际情况进行权衡,选择最合适的换热器。
总之,管壳式换热器的设计和选型需要考虑传热负荷、结构形式、材
料选择、密封方式以及性能和经济性等因素。
通过合理的设计和选型,可
以使换热器的性能得到最大发挥。
同时,还需要注意换热器的安装、调试
和维护等工作,以确保其安全、可靠地运行。
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(3) )
(4) )
(2)计算管程的压降和传热系数
a、参考表选定流速 参考表选定流速,确定管程数目,计算管程压降 参考表选定流速
l ρu 2 ( ∑ ∆pi = (∆p1 + ∆p2 )Ft N s N p = λ d + 3) 2 Ft N s N p
若管程允许压降已经有规定,可由上式计算管程数Ns. b、计算管内传热系数hi< K估则应增加管壳数,重新) 则应增加管壳数,重新) 计算。若改变管程不能同时满足h 和 计算。若改变管程不能同时满足 i> K估,和 ∑ ∆pi < ∆p允 ,则应重新估计 估(减小 ,另选一台换热器 则应重新估计K 减小 减小), 则应重新估计 型号进行试算。 型号进行试算。
(2) BIU 600--1.6--90--6/25-2 II
封头管箱,公称直径600mm, 封头管箱,公称直径600mm,管、壳程压力均为 1.6MPa,公称换热面积90平方米 普通级冷拔换热管, 1.6MPa,公称换热面积90平方米,普通级冷拔换热管, 平方米, 外径25mm,管长6m, 管程,单壳程的U 外径25mm,管长6m,2管程,单壳程的U形管式换热 器。
⑦流量小或粘度大的流体宜走壳程,因流体在有 流量小或粘度大的流体宜走壳程, 折流挡板的壳程中流动, 折流挡板的壳程中流动,由于流速和流向的不断 改变,在低Re(Re>100)下即可达到湍流, 改变,在低Re(Re>100)下即可达到湍流,以 提高传热系数。 提高传热系数。 若两流体温差较大, ⑧若两流体温差较大,宜使对流传热系数大的流 体走壳程,因壁面温度与α大的流体接近, 体走壳程,因壁面温度与α大的流体接近,以减 小管壁与壳壁的温差,减小温差应力。 小管壁与壳壁的温差,减小温差应力。 以上原则并不是绝对的,对具体的流体来说, 以上原则并不是绝对的,对具体的流体来说, 上述原则可能是相互矛盾的。因此, 上述原则可能是相互矛盾的。因此,在选择流体 的流径时,必须根据具体的情况, 的流径时,必须根据具体的情况,抓住主要矛盾 进行确定。 进行确定。
• 鉴于管壳式换热器应用极广,为便于设计、 制造、安装和使用,有关部门已制定了管 壳式换热器系列标准。 可查 GB151管壳式换源自器的标准U式换热器型号标称
U形管式换热器型号及其表示方法 形管式换热器型号及其表示方法
例: (1) BIU 800--2.5--245--6/19-4 I
封头管箱,公称直径800mm, 封头管箱,公称直径800mm,管、壳程压力均为 2.5MPa,公称换热面积245平方米 较高级冷拔换热管, 2.5MPa,公称换热面积245平方米,较高级冷拔换热管, 平方米, 外径19mm,管长6m, 管程,单壳程的U 外径19mm,管长6m,4管程,单壳程的U形管式换热 器。
• DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d): • 按GB151规定,其中l.b.d分别为菱形 管、波纹管、螺纹管。
• RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRCBOS900-1.6RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I、BXRCBOS900-1.6210-6/25210-6/25-6I 是洛阳石油化工工程公司的浮头式折流杆换热器 R:折流杆 E(C):E为换热器,C为冷凝器 ):E为换热器, B:封头管箱 O:壳体为外导流筒结构 S:钩圈式浮头 一般的可查GB151规定,现在新型的设备型号越来 越多 ,可联系一下出图的设计院 。
(3)计算壳程的压降和传热系数
a、参考表选定流速 参考表选定流速,选定挡板间距,计算壳程压降。 参考表选定流速 若压降不符合要求,要调整流速,再确定管程和折 流挡板间距,或选择其它型号的换热器,重新计 算压降直至满足要求为止。
b 、计算壳程传热系数hO,若其太小,可减少挡板 间距,增加挡板数。
(4)计算传热系数,校核传热面积 计算传热系数,
• 1.设计的基本原则 (1)流体流径的选择流体流径的选择是指在管程和壳 程各走哪一种流体,此问题受多方面因素的制约, 程各走哪一种流体,此问题受多方面因素的制约,下 以固定管板式换热器为例,介绍一些选择的原则: 面以固定管板式换热器为例,介绍一些选择的原则: ①不洁净和易结垢的流体宜走管程 不洁净和易结垢的流体宜走管程,因为管程清洗比 较方便。 腐蚀性的流体宜走管程,以免管子和壳体同时被腐 ②腐蚀性的流体宜走管程 蚀,且管程便于检修与更换。 压力高的流体宜走管程,以免壳体受压,可节省壳 ③压力高的流体宜走管程 体金属消耗量。 被冷却的流体宜走壳程,可利用壳体对外的散热作 ④被冷却的流体宜走壳程 用,增强冷却效果。 饱和蒸汽宜走壳程,以便于及时排除冷凝液,且蒸 ⑤饱和蒸汽宜走壳程 汽较洁净,一般不需清洗。 有毒易污染的流体宜走管程,以减少泄漏量。 ⑥有毒易污染的流体宜走管程
(2)流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系 流体流速的选择流体流速的选择涉及到传热系 流动阻力及换热器结构等方面。 数、流动阻力及换热器结构等方面。 流速↑ 流速↑加大对流传热系数,减少污垢的形成,使总传 热系数增大; 但同时使流动阻力加大,动力消耗增多;选择 高流速,使管子的数目减小,对一定换热面积,不 得不采用较长的管子或增加程数,管子太长不利于 清洗,单程变为多程使平均传热温差下降。 因此,需通过多方面权衡选择适宜的流速。
压强的单位换算关系: • • • • 1kgf/cm2=98066.5Pa 1MPa=106Pa 1bar=0.1MPa=106dyn/cm2 1atm=760mmHg=101325Pa
管壳式换热器的设计与选型 换热器的设计是通过计算,确定经济合 理的传热面积及换热器的其它有关尺寸, 以完成生产中所要求的传热任务。
表1至3列出了常用的流速范围,可供设计时参考。 选择流速时,应尽可能避免在层流下流动。 表1管壳式换热器中常用的流速范围 流体种类: 流速m/s 流体种类:一般流体 易结垢液体 气体 流速m/s 5.0 ~30 管程 0.5 ~3.0 > 1.0 3.0 ~15 壳程 0.2 ~1.5 > 0.5 表2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速
例:管壳式换热器的计算:某化工厂拟采用管壳式换热器回收甲苯 管壳式换热器的计算: 的热量将正庚烷从80℃预热到130℃。已知:正庚烷的流量 的热量将正庚烷从 ℃预热到 ℃ 已知: qm2=40000kg/h,甲苯的流量 m1=39000kg/h;T1=200℃;管壳两侧的 甲苯的流量q 甲苯的流量 ℃ 压降皆不应超过3kPa.正庚烷在进出口平均温度下的有关物性为: 正庚烷在进出口平均温度下的有关物性为: 压降皆不应超过 正庚烷在进出口平均温度下的有关物性为
甲苯在进出口温度下的物性如下: 甲苯在进出口温度下的物性如下:
换热器,其主要参数如下: 换热器,其主要参数如下: 外壳直径D= 公称压强P= 公称面积A= 外壳直径 =500mm,公称压强 =1.6MPa,公称面积 =54m2,管程 公称压强 公称面积 管程 数NP=2,管子排列方式:正方形。管子尺寸 ,管子排列方式:正方形。管子尺寸φ25×2.5mm,管长 × 管长 L=6m,管数 T=124,管中心距 管数N 管数 ,管中心距t=32mm. (2) )
液体粘度mPa·s 液体粘度mPa·s > 1500 1500 ~500 500 ~100 100~35 35 ~ 1 0.75 1.1 1.5 1.8 最大流速 m/s 0.6 <1 2.4
表3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度 管壳式换热器中易燃、 液体名称 乙醚、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油 丙酮 乙醚、二硫化碳、 甲醇、乙醇、 安全允许速度, 安全允许速度,m/s < 1 < 2 ~3 < 10
(1)初选换热器的尺寸规格 • a. 初步选定换热器的流动方式,由t’1 ,t”1 ,t’2, 初步选定换热器的流动方式, 确定流体在换热器中两端的温度, t”2确定流体在换热器中两端的温度,计算定性温 确定在定性温度下的流体物性。计算△ 度,确定在定性温度下的流体物性。计算△tml, 的数值应大于0.8。 和ψ, ψ的数值应大于 。确定壳程数或调整加 , 的数值应大于 热介质或冷却介质的终温 (t”2 ) 。 • b. 根据经验(或查相关的表)估计传热系数 估, 根据经验(或查相关的表)估计传热系数K 计算传热面积A 计算传热面积 估。 • c.根据 估的数值,参照系列标准选定换热管的直 根据A 根据 的数值, 长度及排列;如果是选换热器,可根据A 径、长度及排列;如果是选换热器,可根据 估在 系列标准中选择适当的换热器型号。 系列标准中选择适当的换热器型号。 接下去的计算步骤是检验初选的换热器是否符合 实际条件下的要求。 实际条件下的要求。 (2) ) (3) ) (4) )
§3-3 管壳式换热器设计和选型 管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器是一种传统的标准换热设备。 管壳式换热器是一种传统的标准换热设备。 它具有制造方便、选材面广、适应性强、 它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理 量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、 量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温、高压等 优点。 优点。 在许多工业部门中大量使用,尤其是在石油、化 在许多工业部门中大量使用,尤其是在石油、 热能、动力等工业部门所使用的换热器中, 工、热能、动力等工业部门所使用的换热器中,管 壳式换热器居主导地位。 壳式换热器居主导地位。
(3)管子的规格和管间距 ①管子规格管子规格的选择包括管径和管长。目前 试行的管壳式换热器系列只采用25×2.5mm及 19×2mm两种管径规格的换热管。对于洁净的流体, 可选择小管径,对于易结垢或不洁净的流体,可选 择大管径。 ②管间距管子的中心距 称为管间距,管间距小,有 利于提高传热系数,且设备紧凑。但由于制造上的 限制。常用对比关系见表4。 表4管壳式换热器外径与中心距 的关系 换热管外径 , mm 10 14 19 25 32 38 45 57 换热管中心距 , mm 14 19 25 32 40 48 57 72