管壳式换热器设计选型
管壳式换热器安全阀设计选型
管壳式换热器安全阀设计选型摘要通过举例分析管壳式换热器安全阀设计选型过程中由于各种因素引起的超压事故，给出各种事故工况下安全阀安全泄放量的计算方法，指导安全阀设计选型。
说明安全阀的准确设计需要有针对性，从而满足安全系统的技术性和经济性要求。
关键词管壳式换热器；安全阀；泄放量；设计选型1概述随着工艺现代化水平的不断提高，各类生产设备及生产流程的组织与配置越来越趋于大型化与复杂化，人们开始更加意识到安全的重要性。
在现代化工装置中，为了防止因系统超压而引发安全事故，工程设计中对安全系统的要求越来越高，安全阀的设计要求也越来越严格。
除了GB150中对于压力容器超压泄放装置的有关规定与要求外，国内外的一系列标准也对于安全泄放装置的设计选型及计算提出了更为详细的分类与规定。
2超压分析比较国内外关于安全泄放装置设计的标准，我们发现：GB150中对于盛装压缩气体或水蒸气及盛装液化气体等各类容器提出了安全泄放量的计算方法，但对于容器超压的原因未作具体划分；而在API520及API521中对于安全阀引起超压的原因作了更为详细的划分与分析，针对各种事故工况下的安全阀泄放量提出了不同的计算方法；在化工部标准HG/T20570.2中借鉴总结了国外标准并提出了下列十种事故工况下泄放量的计算方法：阀门误关闭、循环水故障、电力故障、不凝气积累、控制阀故障、过度热量输入、易挥发物料进入高温系统、换热器管破裂、化学反应失控、外部火灾。
在化工设备设计中，管壳式换热器是十分常见的设备之一，应用范围广泛。
在管壳式换热器的管程与壳程中，往往存在着较大的温差与压差。
因此，安全阀的设置对于管壳式换热器系统来说是必不可少的。
下面重点以管壳式换热器设计时在不同因素影响下安全阀安全泄放量的计算来进行分析，从而说明安全阀针对性设计选型的重要性。
3工况一：管程液体热膨胀以冷却器为例，壳程走热流体（气相或液相），管程走冷流体（如冷却水）。
当管程流体进出口阀门误关闭时，造成换热器内管程流体停滞，此时由于热流体持续加热管程，在长时间下可能致使管程液体发生热膨胀超压。
管壳式换热器设计和选型
（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。
化工原理 壳管式换热器选型计算
化工原理 壳管式换热器选型计算假定:压载水的温度为15℃，拟利用船舶的主机缸套冷却水进行热交换（取换热器进口的缸套水温度T1=75℃，出口温度T2=65℃），将压载水加热到25℃或30℃，其中，压载水的流量为800m3/h 。
换热器的热缺失可忽略，不考虑管、壳程阻力压降。
要求确定主机缸套冷却水的流量，并选择一种换热器（常用的，能耐海水腐蚀）。
[取污垢热阻12d 25d R R 9/10m k w ==⨯⋅]选型运算步骤：压载水（海水）密度1ρ=331.02510kg/m ⨯，定压比热容3p1=3.8910J/kg k c ⨯⋅。
淡水密度332/kg 100.1m ⨯=ρ，在10℃～90℃时，其定压比热容几乎没有变化，可取3p2=4.210J/kg k c ⨯⋅。
热源水定性温度T =122T T +=75652+=70℃。
经饱和水的物性表，查得：2λ =0.668w m k ⋅ ，2μ=406.1×610-Pa S ⋅。
已知，压载水体积流量为：1v q =8003m h压载水质量流量为：31111.025800222.23600360010v m kgsqqρ⨯⨯===压载水由初温1t =15℃，利用主机缸套冷却水分不加热到2t =25℃，30℃，由于两种情形下，冷热流体的温差均不大于50℃，故均可选用固定管板式换热器进行运算，具体如下:【1】压载水：1t =15℃→2t =25℃海水的热导率、粘度比纯水稍低，其阻碍因素比较复杂，为简化运算，近似认为纯水。
定性温度1525202t +==℃。
经饱和水的物性表，查得: 1λ=0.599w m k ⋅1μ=1004×610-Pa S ⋅ 物性参数如下表：注：管程流体（压载水）参数下标为1，壳程流体（缸套水）参数下标为2.(1)运算热负荷m1p121q C t t Q =-（）=3222.2 3.89102515⨯⨯⨯-（）=9.333×610-W通过热量衡算，知 m2p212Q q C T T =-（）=639.333104.2107565⨯⨯⨯-（）=222.22 kg/s即，热源体积流量m2v2q q 3600ρ⨯==3222.2236001.010⨯⨯=8003mh(2)平均温差逆流:热源 75℃→65℃ 冷源 25℃←15℃ 温差 50℃ 50℃ 由12t t V V =50502< 12m t t t 2+=V V V 逆=50502+=50 R=1221T T t t --=75652515--=1，P=2111t t T t --=25150.1677515-=-查温度校正系数ψ图，知ψ≈1＞0.8，故采纳单壳程可行。
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。
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
管壳式换热器设计参数的选择
管壳式换热器设计参数的选择摘要：文章探讨了管壳式换热器设计过程中管箱、壳体、管束、折流板和防冲板等参数的选择，提出了对设计过程中常见问题的解决方案，可以为此类换热器的设计提供参考。
关键词：管壳式换热器，管箱，壳体，管束，折流板，防冲板，设计Parameters Determine in Shell-Tube Heat Exchanger DesigningZhou Hai-ge*, SUN Ai-jun(China Textile Industry Engineering Institute, Beijing 100037)Abstract: Parameters determine of tube box, shell, bundle, baffle and impingement in shell-tube heat exchanger designing is discussed in this article. Propose the solution to ordinary question in designing. It is can be the reference for this type exchanger designing.Keywords: shell-tube heat exchanger, tube box, shell, bundle, baffle, impingement, design引言管壳式换热器是石化行业中应用最广泛的间壁式传热型换热器，适用范围从真空到超高压（超过100MPa），从低温到高温（超过1100℃），约占市场多于65%的份额[1]，因此对于工程设计人员来说，管壳式换热器的设计十分重要。
管壳式换热器的主要组合部件包括壳体、前端管箱和后端结构（含管束）三部分。
管箱、壳体、管束、折流板、防冲板等设计参数决定了换热器的类型、规格及性能特点。
1. 管箱1.1 前端管箱的选择原则GB151中分别列出了A、B、C、N、D五种前端管箱型式[2]。
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。
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一、技术参数：
热媒：高温蒸汽：T1=350℃，
冷凝水出口温度，T2=90℃。
循环水进出温度：t1=80℃， t2=90℃
换热量：W=1200x100x10=1200x104Kcal/h，
热交换器形式采用卧式固定管板式换热器，
换热管采用不锈钢SUS304壳体采用碳钢Q345R。
二、设计选型：
根据GB151-1999《管壳式换热器》标准，及本厂技术样本进行设计计算：
热水进出温度：t1=80℃， t2=90℃
热媒进出温度：T1=350℃，T2=90℃。
Δt1=T1-t2=260℃,Δt2=T2-t1=10℃
Δt1-Δt2 260-10
对数温差Δtm= = = 76.7℃
根据热交换器换热面积：
F=Cr·W/（ε·K·Δtm）
其中:
Cr: 耗热量系数取(1.1～1.2)，取Cr=1.15
W:供热量,W=1200×104 Kcal/h
ε:污垢系数，ε=0.8
K:传热系数,取800Kcal/ M2．℃·h
Δtm:对数温差, Δtm=76.7℃
则： F= Cr·W/（ε·K·Δtm）
=281m2
根据本厂样本选取型号为：
BEM900-290-6000/25X2-1.0/1.0 卧式固定管板式换热器，材质:除换热管为304外，其余全部为碳钢。
浙江杭特容器有限公司
2014年4月22日
一、技术参数：
热媒：高温蒸汽：T1=350℃，
冷凝水出口温度，T2=170℃。
循环水进出温度：t1=80℃， t2=90℃
换热量：W=1200x100x10=1200x104Kcal/h，
热交换器形式采用卧式固定管板式换热器，
换热管采用不锈钢SUS304壳体采用碳钢Q345R。
二、设计选型：
根据GB151-1999《管壳式换热器》标准，及本厂技术样本进行设计计算：
热水进出温度：t1=80℃， t2=90℃
热媒进出温度：T1=350℃，T2=170℃。
Δt1=T1-t2=260℃,Δt2=T2-t1=90℃
Δt1-Δt2 260-90
对数温差Δtm= = = 160℃
根据热交换器换热面积：
F=Cr·W/（ε·K·Δtm）
其中:
Cr: 耗热量系数取(1.1～1.2)，取Cr=1.15
W:供热量,W=1200×104 Kcal/h
ε:污垢系数，ε=0.8
K:传热系数,取800Kcal/ M2．℃·h
Δtm:对数温差, Δtm=160℃
则： F= Cr·W/（ε·K·Δtm）
=135m2
根据本厂样本选取型号为：
BEM800-135-3700/25X2-1.0/1.0 卧式固定管板式换热器，材质:除换热管为304外，其余全部为碳钢。