列管式换热器
说明列管式换热器的基本结构。
说明列管式换热器的基本结构。
列管式换热器是一种常用的换热设备，用于在两种流体之间进行热交换。
它包括一个装有若干列相互平行的管子的管壳，流体在这些管子内循环。
列管式换热器的基本结构如下：
1. 管壳：这是换热器的外壳，用于安装管子和支撑结构。
2. 管子：管子是换热器的核心部分，流体在管子内进行循环。
管子可以是圆
管或扁平管，也可以是其他形状。
3. 传热介质：传热介质是换热器中的流体，负责在两种流体之间进行热交换。
传热介质可以是水、油或其他流体。
4. 进出口：进出口是换热器的流体进出的地方，一般分别为两个端口。
5. 内外网：内网和外网是换热器的两个部分，分别装有流体。
内网的流体为
传热介质，外网的流体为要进行热交换的流体。
6. 支撑结构：支撑结构是换热器的辅助部分，起到支撑作用。
支撑结构可以
是支撑架、支脚或其他形式。
总的来说，列管式换热器是一种常用的换热设备，它由管壳、管子、传热介质、进出口、内外网和支撑结构等部分组成。
列管式换热器可以用于在两种流体之间进行热交换，并且具有较高的换热效率。
它的结构简单，易于操作和维护，因此在工业、建筑、交通等领域广泛应用。
列管式换热器原理
列管式换热器原理
列管式换热器是一种常见的热交换设备，它通过管道内的流体与管外的流体进行热交换，广泛应用于化工、电力、石油、制药等领域。
本文将介绍列管式换热器的原理及其工作过程。
首先，列管式换热器的原理是基于热传导和对流传热的基本原理。
当两种不同温度的流体通过换热器内外的管道时，热量会通过管壁传导到另一种流体中，从而使两种流体的温度发生变化，实现热量的传递。
其次，列管式换热器的工作过程可以分为对流传热和传导传热两个阶段。
在对流传热阶段，流体在管内外表面形成对流层，通过对流传热来实现热量的传递；而在传导传热阶段，热量则通过管壁的传导来传递到另一种流体中。
列管式换热器的设计和选型需要考虑多种因素，包括流体的性质、流量、温度、压力等参数。
在实际应用中，需要根据具体的工艺要求和环境条件来选择合适的换热器型号和材质，以确保其正常运行和长期稳定性。
此外，列管式换热器的热效率也是一个重要的考量因素。
通过合理的设计和优化换热器结构，可以提高换热器的热效率，降低能耗，从而达到节能减排的目的。
总的来说，列管式换热器是一种高效、可靠的热交换设备，其原理和工作过程相对简单清晰，但在实际应用中需要综合考虑多种因素，以确保其正常运行并发挥最佳的换热效果。
希望本文能对您对列管式换热器有一个更深入的了解。
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。
列管式换热器的种类
列管式换热器的种类列管式换热器是一种常用的换热设备，其主要结构是由管束和设备壳体组成。
列管式换热器应用广泛，例如在化工、石油、电力、制药等行业都有应用。
由于其结构可靠、换热效率高、维护简单等特点，受到了广泛的关注。
根据其用途和结构样式，列管式换热器可以分为以下几种类型。
1. 固定式列管式换热器这种列管式换热器的管束是固定在设备壳体中的，不可取出，因此其清洗和检查难度较大。
这种换热器的生产工艺简单，成本较低，常用于工艺流程相对稳定、生产周期较长的场合。
2. 可拆式列管式换热器可拆式列管式换热器的管束可以拆卸出设备，方便检修、清洗和更换。
这种换热器的制作成本高，但便于维护和更换，适用于工艺流程比较复杂的行业。
3. 悬吊式列管式换热器悬吊式列管式换热器是将整个换热器悬吊在车架上，便于移动和维修，但要求设备壳体坚固，安装位置要合理。
4. 船形式列管式换热器船形列管式换热器的构造形式类似于船体，整个压力容器是船壳，所以其结构相对复杂，造价也较高。
但是由于其内部空间较大，通道较宽，使用寿命长，更适合于对流量要求高的场合。
5. 直通式列管式换热器直通式列管式换热器是指介质通过管束的方向与进出口方向相同的换热器，传热效率较高，流阻小。
这种换热器一般都安装在较小的场合。
6. 反向式列管式换热器反向式列管式换热器是指介质通过管束的方向与进出口方向相反的换热器，传热效率较低，但可以容纳较大的流量。
这种换热器一般都安装在较大的流量场合。
总结根据不同的用途和结构样式，列管式换热器有各种不同类型。
以上列举的几种类型仅仅是其中的一部分，但已经涵盖了大多数的列管式换热器。
使用不同类型的列管式换热器，可以满足不同场合和不同工艺要求的设置。
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。
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北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY（2008）级课程设计题目：列管式换热器的设计学院：理工院专业：应用化学班级：0801 学号：080105016 姓名：苏昱嘉目录一、列管式换热器设计任务书 (2)（一）设计题目： 1，3-丁二烯气体换热器设计 (2)（二）设计任务及操作条件： (2)（三）设计项目 (2)二、工艺计算及主要设备设计 (3)1、确定设计方案 (3)2、确定物性参数 (3)3、估算传热面积 (3)4、工艺结构尺寸 (4)5、换热器核算 (5)6、流体力学计算 (7)三、设计结果 (8)四、参考资料 (10)一、列管式换热器设计任务书（一）设计题目： 1，3-丁二烯气体换热器设计（二）设计任务及操作条件：1.生产能力：q m=136000kg/h2.操作条件：1，3-丁二烯气体压力为6.9Mpa，进口温度110℃，出口温度60℃循环水冷却水压力为0.4MPa，进口温度29℃，出口温度39℃3.设备型样：列管式换热器4.物性参数：1，3-丁二烯在85℃条件下ρ=572kg/m2µ=0.095kpa·s c=2.76×103J/(kg·K) λ=0.9968W/(m·K)冷却水（井水）在34℃条件下ρ=994.4kg/m2 µ=0.737kpa·sc=4.178kJ/(kg·K) λ=0.6243W/(m·K)（三）设计项目1.设计选择合适的换热器并进行热力学与流体力学计算2.设计绘制出工艺设备图注：循环冷却水在冷却过程中较容易结垢，为便于设备日常维护清洗，应在设计过程中使循环水流经管程，1，3-丁二烯走壳程。
两物质在换热器中进行热交换，1，3-丁二烯从110℃被冷却至60℃之后由接管流出；循环水从29℃加热至39℃，由接管流出。
二、工艺计算及主要设备设计1、确定设计方案 1.1 换热器类型选择确定温度变化：1，3-丁二烯进口温度为110℃，出口温度为60℃，冷却循环水进口温度为29℃，出口温度为39℃;由于换热器选择冷却水循环冷却，在气温低时进口温度会略有降低，换热器管壁温度和壳体壁温相差较大，故选用应用较广的浮头式换热器。
1.2 流程安排由于循环水在冷却过程中易结垢，为便于水垢清洗，故安排循环冷却水走管程，1，3-丁二烯走壳程。
管程选材为较普遍的Ø25×2.5mm 型碳钢管。
2、确定物性参数 2.1 定性温度定性温度取流体进出口的平均温度1，3-丁二烯的定性温度：℃循环冷却水的定性温度： ℃各材料定性温度下的物性见上。
3、估算传热面积3.1 计算热负荷和循环水用量换热器的热负荷：故可计算循环水的流量 85260110=+=T 3423929=+=T kwT cq Q m 31021.5)60110(76.23600136000⨯=-⨯⨯=∆=skg Tc Q qm/7.12410178.45210=⨯=∆=3.2 平均传热温差由于逆流效率最高，故本设计中采取逆流方法。
℃由《化工原理课程设计》P48图3-7可查得98.0=ϕ3.4727.4898.0=⨯=∆⨯=∆m m t t ϕ℃3.3 传热面积假设K=500W/(m 2·K)，则估计传热面积为： A 0=Q/(K ×Δt m )=5.21×106/(500×47.3)=220.3(m 2) 4、工艺结构尺寸 4.1 管径和管内流速选用Ø25×2.5mm 碳钢传热管，取管内流速u=1.5m/s （《由化工原理课程设计》P41表3-1查得水在管程规定流速范围为1.0~2.0(m/s)） 4.2 管程数和传热管数根据传热管内径和假设流速确定单程传热管根数： 假定管程为单程，则管长为：近似取L=12m由于12m 管长较长，故采用标准设计取换热管长为l=6m ，则换热器管程N p =10.5/6≈2。
传热管总根数N t =265×2=530。
4.3 传热管排列方法采用正方形错列，见《化工原理课程设计》P43图3-5取管心距t=1.25d=1.25×25=32(mm)隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22（mm ）则各程相邻的管心距为44mm 。
每程有265根传热管。
3.48296039110ln)2960()39110(ln 2121=-----=∆∆∆-∆=∆t t t t t m 123.01112=--=t T t t P 51221=--=t t T T R m Dn A L 5.10025.014.32653.220=⨯⨯==π)(265.4994.512.0085.70.7124422根=⨯⨯⨯==ρπu d q n mmmN tD t 8707.8648.05303205.105.1≈=⨯⨯==η14.03155.011Pr Re 36.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=wed ηηλα4.4 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.8则壳体内径为：4.5 折流板取折流板为圆缺形，缺口半径为内径的25%，则缺口半径具体高度为h=870×25%=217.5mm折流板间距B 范围为0.2D~D ，这里取B=0.5D ，则B=0.5×870=435mm折流板数：4.6 接管尺寸及挡板 壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u ＝9m/s ，则接管内径为：取整为110mm 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u ＝15.1m/s ，则接管内径为： 取整为110mm由于入口流速较大，故应在壳程入口处设置挡板缓冲。
5、换热器核算 5.1 热流量核算壳程表面传热系数，用克恩法计算：由于正方形错列，故当量直径为： 因为t=32mm 故求得d e =0.027m壳程流通截面积：壳程流体流速：131-4356000==板n dd t de )4(4212ππ-=)(08.0)032.0025.01(87.0435.0)1(2m td BD S =-⨯⨯=-=mm u V D 6.100914.3)5273600(13600044=⨯⨯⨯==πmmuV D 8.1021.1514.34.9947.124442=⨯⨯==π雷诺数及普朗特数：规定则管程表面传热系数： 由于流体被加热，故k=0.4壳程流通截面积： 管程流体流速：雷诺数及普朗特数：则 污垢热阻和管壁热阻可由《化工原理课程设计》P51表3-6、3-7查得。
管外侧污垢热阻 R s1=0.176×10-3 m 2·K/W 管内侧污垢热阻 R s2=0.58×10-3 m 2·K/W 则求出 K=564 〔w/（m·℃）〕实际换热面积为换热器裕度sm Squ /9.052708.08.37=⨯==ρ13480110095.09.0527027.0Re 31=⨯⨯⨯==-μρud e 63.209986.010095.01076.2Pr 33=⨯⨯⨯==-λμp c 95.0)(24.0=wηη24.03155.01)(Pr Re 36.0wed a ηηλ=5.115595.063.2)134801(027.009986.036.03155.01=⨯⨯⨯⨯=a kda Pr Re 023.08.02λ=)(083.026502.0785.04222m N n d S p=⨯⨯=⨯=π)/(51.14.994083.07.1242s m Squ =⨯==ρ5500910737.04.99451.1027.0Re 31=⨯⨯⨯==-μρud e 93.46243.010737.010178.4Pr 33=⨯⨯⨯==-λμp c 66.8412)93.4()55009(02.06243.0023.04.08.02=⨯⨯⨯=a 22121211111d a d d d R d d bR a K m++⋅++=λ02.0025.066.8412102.0025.010176.00224.050025.00025.01058.05.1155133⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯+=--263.1953.475641021.5mT K Q A m =⨯⨯=∆=%8.12%1003.1953.1953.220%100-0=⨯-=⨯=mmA A A G规定裕度为10%~25%之间，在规定范围内，能够完成生产任务。
6、流体力学计算 6.1 管程流体阻力i P ∑∆p s t i N N F P P P )(21∆+∆=∑∆其中，1P ∆为直管阻力压降，2P ∆为回弯管阻力压降。
F t 为结垢校正系数，N p 为管程数，N s 为壳程数由于双管程，故ζ=3对于Ø25×2.5mm 管，F t =1.4 N p =2 N s =1λ由《化工原理》课本P32 图1-36 Re 与 关系查出Re=55009 =0.01 则λ=0.0379 u=1.51m/s ρ=994.4kg/m 3 则 故 )(184.4561424.1)340178.12889(Pa P i =⨯⨯+=∑∆ 符合管程合理压降范围6.2 壳程流体阻力0P ∑∆s s N F P P P )(210∆+∆=∑∆其中，1P ∆为流体横过管束压降，2P ∆为流体通过折流板缺口压降。
管子排列校正因数F=0.4（正方形错列）壳程流体摩擦系数f 0=5Re -0.228 横流管束中心线管数n c =1.19nN b 为折流板数。
则)(92.706332)1422996.21087()(210Pa N F P P P s s =⨯+=∆+∆=∑∆《化工原理课程设计》中规定壳程压降范围在7-10WPa 为标准压降，故壳程流体阻力符合标准。
iid u l P 221ρλ=∆222iu P ρξ=∆d εd ε)(78.12889251.14.99402.060379.0P 21Pa =⨯⨯⨯=∆)(3401251.14.994322Pa P =⨯⨯=∆2)1(201ib c u N n Ff P ρ+=∆2)25.3(22i B u D h N P ρ-=∆)(96.2108729.0527)115(53019.1)179735(54.02)1(2228.0201Pa u N n Ff P i b c =⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=∆-ρ)(1422944.3795.2152)25.3(22Pa u D h N P iB =⨯⨯=-=∆ρ三、设计结果设计评述：本设计所需要的换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，设计确定选用浮头式换热器。