列管式换热器
列管式换热器的传热效率
列管式换热器的传热效率引言换热器作为热工学中的重要设备，广泛应用于许多领域中，其中列管式换热器是常见的一种类型。
本文将重点讨论列管式换热器的传热效率，并着重探讨其中的关键因素。
1.列管式换热器概述列管式换热器是一种将两个流体通过一系列管道进行热交换的设备。
其基本原理是利用管道中的流体与外部流体接触，通过传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递。
列管式换热器通常由管束和外壳两部分组成，其中管束中的管道为热交换的主要区域。
2.传热效率的定义传热效率是指换热器实际传递的热量与理论上最大可能传递的热量之比。
传热效率一般用ϵ表示，其计算公式如下：ϵ=(Q实际传递的热量)/(Q理论上最大可能传递的热量)3.影响传热效率的因素3.1温度差温度差是影响传热效率的重要因素之一。
传热速率与温度差成正比，当温度差增大时，传热速率也随之增加，从而提高传热效率。
3.2流体性质流体的性质，如热导率、比热容等，对传热效率也有显著影响。
热导率越大、比热容越小的流体，其传热效率通常较高。
3.3流体流速流体流速是影响传热效率的关键因素之一。
较高的流速可以增加传热面与流体的接触频率，提高传热效率。
3.4换热面积换热面积是列管式换热器传热效率的重要影响因素。
换热面积越大，传热面与流体的接触面积就越大，传热效率也就提高。
3.5温差分布温差分布是影响传热效率的难点之一。
由于流体在管道内的流速和温度分布不均匀，导致热量无法完全传递，从而影响传热效率。
4.提高传热效率的方法4.1优化设计在列管式换热器的设计过程中，可以通过合理选择换热面积、优化管道布局等方式，提高传热效率。
4.2流体流速控制通过控制流体的流速，可以增加传热面与流体的接触频率，提高传热效率。
4.3温度分布均匀合理调整流体流速和温度分布，可以减小温差分布，提高传热效率。
4.4清洁维护定期对列管式换热器进行清洗和维护，保持换热面的清洁，可以减少污垢对传热的影响，提高传热效率。
结论通过对列管式换热器的传热效率进行分析，我们可以得出以下结论：传热效率受多个因素的共同影响，包括温度差、流体性质、流体流速、换热面积和温差分布等。
化工设备课件列管式换热器PPT课件
材料选择
高温材料
对于高温工况，选择耐高温、抗氧化、抗腐 蚀的材料，如不锈钢、镍基合金等。
腐蚀性介质
对于腐蚀性介质，选择耐腐蚀、防腐蚀的材 料，如钛合金、聚四氟乙烯等。
低温材料
对于低温工况，选择耐低温、抗脆化的材料， 如铝合金、铜合金等。
压力容器材料
根据压力需求，选择具有足够强度和稳定性 的材料，如碳钢、低合金钢等。
建立设备维修与保养记录，便于追踪设备运行状况和及时发现潜在问题。
05
列管式换热器的故障诊断与处理
常见故障及原因
列管堵塞
由于列管内壁结垢、腐蚀或异物堵塞 等原因，导致传热效率下降。
列管破裂
由于列管材质缺陷、焊接质量差或使 用过程中受到过大的压力或温度波动， 导致列管破裂。
热效率低
由于传热面积不足、传热介质流量不 足或传热温差过小等原因，导致换热 器热效率低下。
特点
结构紧凑、传热效率高、适应性 强、操作定、可处理高热量和 腐蚀性介质等。
工作原理
01
热流体通过列管内部，被加热或 冷却的流体在列管外部流动，通 过列管壁进行热量交换。
02
热量通过列管壁从热流体传递到 被加热或冷却的流体，实现热量 交换。
类型与结构
固定管板式
管板与壳体焊接在一起，结构 简单，适用于壳程压力不高、
03
列管式换热器设计
设计参数
传热面积
根据工艺要求，计算所需的传热面积，确保 热量交换的效率和效果。
传热效率
选择合适的传热方式，如导热、对流、辐射 等，以提高传热效率。
压力等级
根据工艺压力需求，选择合适的压力等级和 耐压材料，确保设备安全。
温度范围
根据工艺温度需求，选择耐温材料和结构， 确保设备在规定的温度范围内工作。
列管式换热器的工作原理
列管式换热器的工作原理
列管式换热器工作原理：
列管式换热器是一种常见的换热设备，通过在列管内流动的两种不同温度的流体之间进行热传递。
它由一组管子（通常为圆柱形）组成，这些管子被安装在一个容器内。
其中一个流体进入管子（通常称为管束）的一侧，另一个流体则从管子的外部流过。
两个流体之间的热传递是通过管子的壁面完成的。
列管式换热器的工作原理可以分为平行流和逆流两种情况：
1. 平行流：在平行流情况下，两个流体的流动方向是相同的，即它们在整个换热器中的流动方向都是一致的。
这种情况下，热量从热源流体通过管壁传递给冷源流体。
由于两个流体之间有较大的温度差异，热量可以通过管壁迅速传递，使得冷源流体的温度迅速升高，而热源流体的温度迅速降低。
2. 逆流：在逆流情况下，两个流体的流动方向相反，即它们分别从两个不同的端口进入换热器，并在另一端口排出。
这种情况下，热量从热源流体通过管壁传递给冷源流体，同时也有部分热量从冷源流体传递给热源流体。
逆流情况下，热量传递效率较高，因为两个流体在整个换热器中都以最大的温差进行热传递。
无论是平行流还是逆流，列管式换热器通过增大交换管的数量和表面积，增加热交换效果。
此外，还可以通过改变流体的流
速、调整管束的排列方式等方式来优化列管式换热器的工作性能。
列管式换热器
什么是列管式换热器作者：佚名来源：网络点击数: 2071 日期：2008-7-15列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
在列管式换热器中，管束的表面积即为该换热器所具有的传热面积。
当传热面积较大，管子数目较多时，为了提高管内流体的流速，增大管内一侧流体的传热膜系数，常将全部管子平均分成若干组，流体每次只流经一组管子，即采用多管程结构。
其方法是在封头内装设隔板，在一端的封头内装设一块隔板，便成二管程；在进口端装两块挡板，另一端装一块隔板，便成四管程；如此，还可以设置其他多管程，但过多使流体阻力增大，隔板占有分布管面积，而使传热面积减小。
列管换热器（又名列管式冷凝器），按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积1～500m2，可根据用户需要定制。
■列管式换热器型式的选择：列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：1．固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。
此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。
通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。
同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。
因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。
列管式换热器的典型制造工艺
的圆度 线 度 Dmax-Dmin
•
线
DN
• 要求更<
表 2- 23。
<4.5mm
1格000)。L 且对壳•体的内<
<6mm
差 00 )L 同 一断面上的直径差列于
表2 - 2 3
壳体同一断面上的直径差
壳体内径过大或圆度误差会引起壳程介质短路而降低换热效率 。壳体的直线 度误差会影响管束的抽装 ，对其要求列于表 2-24。
表 2-24 壳体的直线度要求
2. 管板
管板的作用是固定管子的。一般采用 Q235、20等碳素钢和16Mn、15MnV 等低合 金钢制作；可以用锻件或热轧厚钢板作坯料 ，当管板的厚度较大时 ，原则上使用锻 件 ， 因为钢板愈厚 ，其轧压比愈小 ，钢板内部缺陷存在的可能性愈大 。 管板是典型的群孔结构 ，单孔质量会影响管板的整体质量 ，所以孔加工方法的选择 至为重要 。群孔加工有下列方法：
2-26。
3. 折流板
下图为最常用的 20%DN 圆缺高度的弓形折流板，为保证加工精度和效率， 常将圆板 坯以 8～10 块为一叠进行钻孔和切削加工外圆 ，折流板孔的允许 偏差列于表 2-26。
4. 管子
换热器的管表面就是传热面积。常用管子外径 10~57 (mm)；其长度一 般用 2000 、 3000 、6000(mm)等 。管子应作下列试验： 以管子数的 5％ ，且 不少于 2 根作 力 、硬度 和扩口等抽样检验；进行水压试验（试验压力为 设计压力的(1.5 2)倍 ，合格者才可使用。
列管式换热器的典型制造工艺
制作人：Leo
1
目录
一、列管式换热器简介 1、壳体 2 、管板 3 、折流板 4 、管子
二、列管式换热器组装工艺 三、列管式换热器工艺流程
列管式换热器
列管式换热器列管式换热器是一种常见的换热设备，通常用于多种工业领域，如化工、石油、电力、制药等。
它的工作原理是通过将一个或多个管道（称为管子）插入一个外壳中，并使热交换流体通过管子和壳体之间流动，以实现热量的传递。
设计举例：化工厂中的列管式换热器。
工艺要求：1.热源介质为低温烟气（300℃，2000Nm³/h）。
2.冷却介质为水（20℃，1000L/h）。
3.需要达到的换热效果：烟气温度降低到200℃以下。
设计步骤：1.确定换热面积：根据热负荷计算，烟气的热负荷（Q）为：Q = mcΔT其中，m为烟气质量流量，c为烟气比热容，ΔT为烟气温度差。
在本例中，m为2000Nm³/h，c取1000J/(kg·℃)，ΔT为300℃。
另外，换热器的换热系数（U）可以根据实际情况选择一个合适的数值。
假设U为1000W/(m²·℃)。
根据换热方程，换热面积（A）可由以下公式计算：Q = UAΔTlm其中，ΔTlm为对数平均温差，可根据进出口温度计算得到。
综上所述，可以计算得到所需的换热面积。
2.确定管子数量和布局：根据换热面积和设计要求，可以确定所需管子的数量和布局。
通常情况下，管子的数量选择为偶数，并且可以采用等间距布置。
3.材料选择：根据介质的性质和工艺要求，选择合适的材料用于制作管子和壳体。
常用的材料有不锈钢、镍合金、铜等。
4.热力设计：根据所需传热量、管子数量和进出口温度等参数，计算出每根管子的传热量。
同时，根据流体的流动参数，确定管子的直径和管道内流速。
一般情况下，可以保持流速在1-3m/s之间。
5.结构设计：根据换热器的实际需求和工艺要求，设计并确定壳体内部的分隔板、支撑杆等结构。
这些结构可以增强换热效果和传热效率，并帮助流体均匀分布。
6.安全设计：在列管式换热器的设计中，需要考虑各种安全因素，如压力、温度和泄漏等。
可以通过安全阀、温度控制器和泄漏检测器等装置来保障设备的安全运行。
什么是列管式换热器
什么是列管式换热器?列管式换热器主要由壳体、管束、管板(又称花板)和顶盖(又称封头)等部件构成。
管束安装在壳体内，两端用胀接或焊接方式固定在管板上，两种流体分别流经管内外进行换热。
水流经管内的称为管程水冷却器，流经管外的称壳程水冷却器。
为提高流体的流速常在壳程设折流挡板。
常用挡板有两种：圆缺形(也称弓形)和交替排列的环形及圆盘形。
目前广泛使用的列管式换热器主要有以下几种。
(1)固定管板列管式换热器见图5-1-17及图5-1-18。
两端管板是和壳体连为一体的。
其特点是结构简单，适用于管内外温差小、管外物料较清洁、不易结垢的情况。
管内外温差大于50℃时，因壳体和管束的热膨胀程度不同，可能将管子拉弯或拉松，损坏换热器。
这时如壳体承受压力不太高，则可采用在壳体上具有补偿圈(或称膨胀节)的固定管板式换热器。
管内流体通过一程管束就流出的称单程换热器，如图5-1-17。
有时为提高管内流体的流速，可设计成双程、四程或六程换热器。
如图5-1-18为双程换热器，流体通过第一程后，再折回，流过第二程管束后才流出。
(2)浮头列管式换热器见图5-1-19。
该种换热器一端的管板不与壳体相连，便于自由伸缩。
适用于管内外温差较大、需常拆卸清洗的情况。
其结构较复杂。
(3)U形列管式换热器见图5-1-20。
该种换热器只有一端设管板，U形管的两端分别装在管板两侧，封头用隔板隔成两室，管子可以自由伸缩。
其结构比浮头式简单，化工厂中常见。
列管式水冷却器几乎是最常见的型式。
与前几种型式相比，其单位体积所能提供的传热面积要大得多，传热效率高，结构紧凑、坚固、能选用多种材质，可以用于高温、高压的大型装置。
列管式换热器
列管式也是换热器的一种类型，也是目前化工生产上应用最广的一种换热器。
主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
下面就是对这类设备的详细介绍，希望对大家有所帮助。
在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管中流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。
为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。
折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。
常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。
列管式换热器的主要结构是在一个圆筒形的壳体内，设置许多平行排列的管子组成的管束所构成。
壳体的两端与端盖装有法兰，利用螺栓将端盖与壳体连接起来。
壳体与端盖上分别设有两种介质的出入口小法兰，以便于相应的管路连接。
列管式换热器在操作时，由于冷、热流体温度不同，使壳体和管壁的温度互有差异。
这种差异使壳体和管子的热膨胀不同，当两者温差较大时可能将管子扭弯，或使管子从花板上拉松，甚至毁坏整个换热器。
对此，就必须结构上考虑热膨胀的影响，采用各种补偿的方法。
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增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系 数，减少污垢在管子表面上沉积的可能，即降低 了污垢热阻，使总传热系数增大，从而较小换热 器的传热面积。但是流速增加，又使流动阻力增 大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经 济衡算才能确定。
若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在 确定流体两端温度的问题。若其中一流体仅已知进口温度，则
式中：d1----换热管的内径，为0.02m d0----换热管的外径，为0.025m
由于L’数值太大，换热器不可使用单管程的 形式，必须用多管程。我们选择管程的长 度为6m，则Nt=L’/6=26/6≈4.(管程数通常选 择偶数)
R=(T1-T2)/(t2-t1)=1.155 P=(t2-t1)/(T1-t1)=0.381 根据R，P的值，查食品工程原理教材中图425(S)，得温度校正系数 φ=0.92 > 0.8，说明换热器采用单壳程，四 管程的结构是合适的。 Δtm=φ×Δtm逆=0.92*61.84=56.89℃。
计时冷却水两端温度差可取为5-10℃。
常用换热管规格有ø19×2mm, ø25×2mm(不锈 钢）, ø25×2.5mm（碳钢）, 排列方式：正方形直列、正方形错列、 三 角形直列、三角形错列、同心圆排列
当流体流量较小或传热面积较大而需要管 数很多时，又是会使管内流速较低，因而 对流传热系数较小。为了提高管内流速， 可采用多管程。但是程数过多，导致管程 流动阻力加大，增加动力费用；同时多程 会使平均温度差下降； 管程数m= u—管程内流体的适宜速度，m|s u’—单管程时管内流体的实际速度，m|s
式中 ΔPi、ΔPr------分别为直管及回 弯管中因摩擦阻力引起的压强降， N/m2
Ft-----结垢校正因数，无因次，对于φ25×2.5mm的管子，取为1.4， 对于φ19×2mm的管子，取为1.5； Np-----管程数； Ns-----串联的壳程数。
Ps ——壳程总阻力损失，
P0
——流过管束的阻力损失，
换热管数为n’ ×Nt=44×4=176根。 S实际=L×(π×d0) ×n’=6×(3.14×0.025)×188=82.94m2
选择折流挡板为有弓形缺口的圆形板，直径为 490mm，厚度为6mm。缺口弓形高度为圆形板直 径的约1/4，本设计圆整为120mm。折流挡板上换 热管孔直径为25.6mm，共有176-22-13/2=147.5个； 拉杆管孔直径为16.6mm，每个折流挡板上有4个。 折流挡板上的总开孔面积 =147.5*514.4576+4*21603176=76747.7544mm2。折流 挡板的实际面积=188478.5-76747.7544=111730.75 mm2，重量为5.1kg。选择折流挡板间距h=400mm 。折流挡板数NB =L/h-1=6000/400-1=14块。
=
〉15% 符合换热器设计规范的要求。
由于原油温度低于柴油，为减少热损失和 充分利用柴油的热量，选择原油走壳程， 柴油走管程。
S估=Q/(K估×Δtm逆)=91.1m2. 2 预先估算传热面积为91.1 m 。
取换热管的规格为Φ25×2.5mm碳素钢管 (8.3kg/6m)。估算单管程的管子根数
根据传热面积S估计算管子的长度L’，有
食工 第四组
⑴基本参数 管壳式换热器的基本参数包括： ①公称换热面积SN； ②公称直径DN； ③公称压力PN； ④换热器管长度L； ⑤换热管规格和排列； ⑥管程数NP
⑵型号表示和方法 管壳式换热器的型号由 一下5部分组成 × ×××× × -×× -××× 1 2 3 4 5
Ko
1 1
45w/(m· ℃) Ko==294.7w/( m2· ℃) S需要=Q/(Ko×Δtm)=67.21m2 面积裕量 A实际 A需要 82.94 67.21 100% 100% 23.4%
A需要 67.21
2
Rso
bd0 d d Rsi o o m d m d i 1 d取管壁λw i
安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速 度，使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数 。最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度为外 壳内经的10％~40％，一般取20％~25％，过高或 过低都不利于传热。两相邻挡板的距离（板间距 ）h为外壳内径D的0.2~1倍。系列标准中采用的h 值为：固定管板式的有150、300和600mm三种； 浮头式的有150、200、300、480和600mm五种。
对于正方形排列的管束，
由于设计条件所给为无相变过程。由设计 任务书可知热负荷为 Q = w原油Cp原油(t2-t1) = 1126889W. Q = w柴油Cp柴油(T1-T2) = 1126889W。 T2=128.79℃
Δt1=175-110=65℃ Δt2=128.31-70=58.79℃ 逆流温度差
单程管：
D t nc 1 2 3d 0
t－－－是管心距，mm do－－－换热管外径，mm nc－－－－－横过管束中心线的管数，该值与管
子排列方式有关
正三角形排列：
正方 1.19 N
1.碳钢 2.不锈钢
每程直管阻力； 每程回弯阻力
其中1—换热器的代号，G表示固定管板式，F代表浮头式 2—公称直径，mm 3—管程数、NP:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4—公称压力PN，Mpa 5—公称换热面积SN
1、流体流径的选择
①不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为 管内清洗比较方便。 ②腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管 子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检 修。 ③压力高的流体宜走管内，以免壳体受压， 可节省壳程金属的消耗。
——流过折流板缺口的阻力损失， Fs-壳程阻力结垢校正系数，对液体可取Fs=1.15， 对气体或可凝蒸汽取Fs=1.0；
Ns-壳程数；
折流板缺口阻力损失
NB —— 折流板数目；
NTc——横过管束中心的管子数
对于三角形排列的管束，
为每一壳程的管子总数；
B - 折流板间距，m； D - 壳程直径，m； U0 - 按壳程流通截面积或按其截面积 计算所得的壳程流速，m/s； F - 管子排列形式对压降的校正系数，对三角形排列F=0.5， 对正方形排列F=0.3，对正方形斜转45°，F=0.4； f0 - 壳程流体摩擦系数
出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却一热流体，冷水
的进口温度可根据当地的气温条件作出估计，而其出口温度则 可根据经济核算来确定：为了节省冷水量，可使出口温度提高
一些，但是传热面积就需要增加；为了减小传热面积，则需要
增加冷水量。两者是相互矛盾的。一般来说，水源丰富的地区 选用较小的温差，缺水地区选用较大的温差。一般来说，设