立式壳管式冷凝器(精)
壳管式冷凝器
壳管式冷凝器的简单的设计使它 成为理想的用于各种各样的应用，冷 却液。最常见的应用之一是在发动机 的液压油冷却，变速器和液压动力包。 随着材料的正确选择，他们也可以用 来冷却或加热其他媒介，如游泳池的 水或空气。一种管壳式换热器大优势 是，他们往往容易服务，特别是模型 中的浮动管束（在管板没有焊接到外 壳）是可用的。
壳管式冷凝器
山东万合制冷设备有限公司
壳管式冷凝器是一类热交换器的 设计。是炼油厂和其他大的化学过程 的换热器最常见的类型，是适合高压 力应用。顾名思义，这种类型的换热 器由外壳（大型压力容器）和一束管 里面。一个流体穿过管，和另一种流 体流过管（通过壳）的两种流体之间 的热传递。管子的集合称为管束，可 由管的几种类型：平，纵肋，等。
管壳式换热器设计可以有很多变 化对管壳设计。通常，每个管的两端 连接到增压室（有时称为水盒）通孔 管。管可以在U形直或弯曲，称为U 型管。
在压水堆核电站称，大型换热器 称为蒸汽发生器两相，管壳式换热器 通常有U型管。他们是用来煮回收从 一个表面冷凝器水变成蒸汽驱动涡轮 机发电。大多数的管壳式换热器是1， 2，或4通管侧的设计。这是指在流 体管倍数通过在壳的流体。通过在一 个单一的换热器，流料应具有良好的导热性。 由于热量通过管从热到冷的一面，还有通过管的宽的温度 差。由于该管材料的热膨胀不同，在不同温度下的倾向， 热应力发生在手术。这是从流体自身压力的任何应力增加。 管的材料也应与管壳侧流体的工况条件下长期兼容（温度， 压力，pH值，等）以减少恶化，如腐蚀。所有这些要求很 强的精心选择，热传导性。能够很好的传热，管材料应具 有良好的导热性。由于热量通过管从热到冷的一面，还有 通过管的宽的温度差。由于该管材料的热膨胀不同，在不 同温度下的倾向，热应力发生在手术。这是从流体自身压 力的任何应力增加。管的材料也应与管壳侧流体的工况条 件下长期兼容（温度，压力，pH值，等）以减少恶化，如 腐蚀。所有这些要求强，仔细选择导热性，耐腐蚀，高质 量的管材料，通常是金属，包括铜合金，不锈钢，碳钢， 有色金属铜合金，因科镍合金，镍，镍基合金和钛。管材 料选择不当可能导致渗漏管壳双方造成交叉污染和可能的 流体压力损失之间的管。
管壳式冷凝器设计
管壳式冷凝器设计
管壳式冷凝器的设计首先需要确定冷凝介质的物理性质，包括冷凝温度、冷凝压力和流量等。
这些参数直接影响到冷凝器的设计和运行效果。
接下来，需要确定传热介质的物理性质，包括传热温度、传热系数和流量等。
传热介质负责将热量从冷凝介质传递到外部环境，因此传热介质的选择和设计也非常重要。
在设计管壳式冷凝器时，需要考虑到传热面积、传热系数和传热效率等因素。
其中，传热面积是指管子的表面积，通常由管子的长度、直径和数量来确定。
传热系数是指传热介质在单位时间内传递热量的能力，通常由传热介质的性质和流体力学条件来确定。
传热效率是指冷凝介质在冷凝过程中释放的热量与传热介质吸收的热量之间的比值，决定了冷凝器的能效。
管壳式冷凝器的设计还需要考虑到压力损失、管内冷凝和管外冷凝等问题。
压力损失是指流体在管道中流动过程中由于摩擦力和阻力等原因所引起的能量损失。
在管壳式冷凝器中，管内冷凝和管外冷凝是两种常见的冷凝方式。
管内冷凝是指冷凝介质直接在管内发生冷凝，而管外冷凝是指冷凝介质通过管子的壁面传递热量给传热介质。
选择合适的冷凝方式可以提高冷凝效率和传热性能。
此外，还需要考虑到管壳式冷凝器的材料选择和结构设计。
材料选择要考虑到耐腐蚀性、耐高温性和热导率等因素，常见的材料有不锈钢、铝合金和铜等。
结构设计要考虑到便于安装和维护的因素，保证冷凝器的正常运行和使用寿命。
在进行管壳式冷凝器的设计时，需要综合考虑上述因素，并进行合理的计算和分析。
最终得到的设计方案应满足冷凝介质和传热介质的要求，同时具有良好的传热性能和能效。
冷凝器
冷凝器在压缩式制冷系统中，除了起心脏作用的压缩机外，还有为完成制冷循环所必需的冷凝器、蒸发器与节流阀。
其中冷凝器和蒸发器就是制冷装置中的主要热交换设备，它们传热效果的好坏会直接影响制冷装置的性能和运转的经济性。
因此，正确地选择、操作管理冷凝器和蒸发器对发挥和提高制冷装置的制冷性能、降低运行费用有密切关系。
节流机构在蒸汽压缩式制冷系统中用来实现制冷剂液体的节流膨胀，并起调节蒸发器供液量的作用。
设备虽小，但它是制冷系统中四个必不可少的设备之一。
一、冷凝器的功用及其传热的基本情况冷凝器是将制冷压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽的热量传递给冷却介质(空气或水)并使之凝结成液体的热交换设备。
其工作过程是：来自压缩机的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器后先被冷却成饱和蒸汽，继而被冷凝成饱和液体。
若冷却介质流量大、温度低时，饱和液体还可进一步被冷却成过冷液体。
在既定的热交换设备中其热交换面积是一定的，因而要提高传热量，除了提高对数平均温差外，其重要途径是如何提高传热系数。
而冷凝器传热系数的大小则取决于冷凝器的结构、管壁内外两侧(制冷剂侧及冷却介质侧)放热系数以及传热表面污脏的程度，下面简单地分析一下影响冷凝器的传热系数的因素。
1、影响制冷剂侧蒸汽冷凝放热系数的因素制冷剂凝结的形式当制冷剂蒸汽在冷凝器中与低于其饱和温度的壁面相接触时，它就在壁面上凝结为液体。
其凝结形式可分为“膜状凝结”和“珠状凝结”两种情况。
一般说来，在相同温差下珠状凝结比膜状凝结的放热量要大15～20倍。
但制冷剂蒸汽在冷凝器中的凝结一般为膜状凝结。
制冷剂的流速和流向当制冷剂蒸汽在直立管壁上作膜状凝结时，在冷却表面的最上端，蒸汽直接同壁面接触而冷凝，凝结的液体就沿着冷却表面向下流动，液膜层越向下越厚。
这时液膜便把冷却表面同制冷剂蒸汽隔开，蒸汽凝结时所放出的潜热必须通过液膜层传递到壁面。
显然冷却表面越高，温差越大，平均放热系数将越小。
如果冷凝液膜的流动方向与汽流方向一致时，可使冷凝液膜能较迅速地流过传热表面。
管壳式冷凝器设计说明书
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2.制冷剂的选择
工业上已采用的制冷剂很多，目前常用的有 氨（NH3）、氟利昂-12（CF2Cl2）、氟利昂-22 （CHF2Cl）等。氨是应用较广的中温制冷剂，有 较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低 温范围内压力比较适中，单位容积制冷量大，在相 同制冷量的情况下，系统中的制冷剂循环量较少， 氨粘性小，流动阻力小，创热性能好，在制冷系统 中不会出现冰塞现象。虽然氨对人体有较大的毒性 ，氨确实具有强烈刺激臭味，正是由于这样，所以 极容易被检验出来，反而成为安全的保证。而且从 环境保护角度看，氨比氟利昂制冷剂优越很多。所 以选择氨作为制冷剂。
由于冷凝器的长径比有一定要求，一般L/D=3～8。若按单程设计L太长，超过上述长径比时，一般可采用多 管程解决。管程数为m，则 式中：L——按单程计算的管长，m； l——选定的每程管长，m；考虑到管材的合理利用，按管材一般出厂规格为6m长，故取l=6m。 采用12管程后，冷凝器的总管数为：
式中：D——壳体内径，mm； a——管心距，mm，a=48mm； b——最外层的六角形对角线（或同心圆直径）上的管数，查表可得b=27； e——六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。一般取，选取。
式中：s——外壳壁厚，cm； P——操作时的之内压力，（表压）；以tk为定性温度，由压焓图可查得：P绝对＝1.605×106Pa=160.5 N/cm2， 则：P表压＝160.5-10.1＝150.4 N/cm2。 ——材料的许用应力，钢管的=9810N/cm2； ——焊缝系数，采用双面焊缝=0.85 C——腐蚀裕度，其值在（0.1～0.8）cm之间，根据流体的腐蚀性而定；由于氨腐蚀性相对强一点，取C=0.7cm ——外壳内径，壳径的计算值应圆整到最靠近的颁布标准尺寸， 即=1400mm=140cm 即设计的外壳壁厚大于最小壁厚，符合要求。 同时，冷凝器的长径比L/D=6000/1420=4.23，符合L/D=3～8的要求。
蒸发器和冷凝器分类
一、冷凝器的种类及特点冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。
（一）水冷式冷凝器水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。
冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。
水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。
1、立式壳管式冷凝器立式冷凝器的主要特点是：1°由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700(kcal/m2? h?℃)。
2°垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。
3°冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。
4°管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。
二、蒸发器分类：根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为两大类：(1)冷却液体载冷剂的蒸发器。
用于冷却液体载冷剂——水、盐水或乙二醇水溶液等。
这类蒸发器常用的有卧式蒸发器、立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器等。
(2)冷却空气的蒸发器。
这类蒸发器有冷却排管和冷风机。
以下主要介绍空调系统中常用的冷却液体载冷剂的蒸发器。
一、卧式蒸发器卧式蒸发器又称为卧式壳管式蒸发器。
其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。
按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。
1、卧式壳管式蒸发器卧式壳管式蒸发器是满液式蒸发器。
即载冷剂以1～2m/s的速度在管内流动，管外的管束间大部分充满制冷剂体，二者通过管壁进行充分的热交换。
吸热蒸发的制冷剂蒸汽，经蒸发器上部的液体分离器，进入压缩机。
为了保证制冷系统正常运行，这种蒸发器中制冷剂的充满高度应适中。
液面过高可能使回气中夹带液体而造成压缩机发生液击；反之，液面过低会使得部分蒸发管露出液面而不起换热作用，从而降低蒸发器的传热能力。
因此，对于氨蒸发器其充满高度一般为筒体直径的70～80％，对于氟利昂蒸发器充满高度一般为筒体直径的55～65％。
卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统。
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平行流冷凝器外形
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强制对流式风冷冷凝器结构
特点
• 有噪声，但传热系数 有所上升
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1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-轴流风机 11-装配螺钉 49
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风冷式冷凝器的优缺点
• 优点： ❖ 系统简单，不需要冷却水，适用于缺水或供水困难的
地区；
❖ 风冷热泵：从空气取热量。
• 缺点 ： ❖ 传热系数低；
❖ 在水源充足的地方，水冷式设备的初投资和运行费用 均低于风冷设备；
❖ 冷凝温度高，压缩机容量比水冷式大15％。
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❖优点：制冷能力大，运行经济性好。
❖缺点：水系统比空气冷却系统复杂
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常用的水冷式冷凝器
➢壳管式冷凝器 ➢套管式冷凝器 ➢螺旋板式冷凝器
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壳管式冷凝器
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壳管式冷凝器
➢立式壳管式冷凝器
冷却水靠重力沿管内流下的开式壳管式冷凝 器，常用于大型氨制冷装置中。
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立式壳管式冷凝器的优、缺点
➢垂直安装，占地面积小； ➢无冻结危险，可安装在室外，不占用
室内建筑面积； ➢换热管是直管，便于清除铁锈和污垢，
且清洗时不必停止系统的运行，对冷 却水水质要求不高。 ➢冷却水用量大； ➢制冷剂泄漏不易发现； ➢体型比较笨重。
壳管式冷凝器的设计计算
壳管式冷凝器的设计计算1.冷凝器热负荷：它是指需要冷凝的蒸汽或气体的热量。
冷凝器的设计应根据所需冷凝负荷来确定。
冷凝器的冷凝负荷可以通过以下公式计算：Q=m×(Hv-Hl)其中，Q为冷凝负荷（kW），m为蒸汽或气体的质量流量（kg/h），Hv为蒸汽或气体的饱和蒸发焓（kJ/kg），Hl为液体的饱和液体焓（kJ/kg）。
2.壳程和管程的流体流量：壳管式冷凝器中的流体可以从两个方向流动，一种是从壳程（外壳）流动，另一种是从管程（管束）流动。
其中，壳程的流量可以通过以下公式计算：Gs = Q / (Cph × ΔT_sh)其中，Gs为壳程流体的质量流量（kg/h），Q为冷凝负荷（kW），Cph为壳程流体的定压热容（kJ/(kg·K)），ΔT_sh为壳程流体的进出口温度差（℃）。
管程的流量可以通过以下公式计算：Gt = Q / (Cpt × ΔT_st)其中，Gt为管程流体的质量流量（kg/h），Cpt为管程流体的定压热容（kJ/(kg·K)），ΔT_st为管程流体的进出口温度差（℃）。
3.壳管式冷凝器的传热系数：壳管式冷凝器的传热系数是指单位面积上传递的热量能力。
传热系数的计算可以采用经验公式或理论公式进行估算。
4.壳管式冷凝器的壳程和管程内壁面积：冷凝器的壳程和管程内壁面积是在传热过程中应考虑的重要参数。
壳程内壁面积和管束内壁面积的计算可以通过以下公式进行估算：As=Gs/(Gs×Us)At=Gt/(Gt×Ut)其中，As为壳程内壁面积（m²），Gs为壳程流体的质量流量（kg/h），Us为壳程侧的传热系数（W/(m²·K)）；At为管程内壁面积（m²），Gt为管程流体的质量流量（kg/h），Ut为管程侧的传热系数（W/(m²·K)）。
5.冷凝器的材料选择：冷凝器在工作过程中需要承受较高的压力和温度，因此材料的选择至关重要。
化工原理课程设计-标准系列管壳式立式冷凝器的设计
化工原理课程设计标准系列管壳式立式冷凝器的设计姓名：学号：专业：应用化学班级设计时间：目录一、设计题目二、设计条件三、设计内容3.1概述3.2 换热3.3 换热设备设计步骤四、设计说明4.1选择换热器的类型4.2流动空间的确定五、传热过程工艺计算5.1计算液体的定性温度，确定流体的物性数据5.1.1正戊烷流体在定性温度（51.7℃）下的物性数据5.1.2水的定性温度5.2估算传热面积5.2.1换热器热负荷计算5.2.2平均传热温差5.2.3估算传热面积5.2.4初选换热器规格5.2.5立式固定管板式换热器的规格5.2.6计算面积裕度H及该换热器所要求的总传热系数K05.2.7折流板5.2.8换热器核算5.3核算壁温与冷凝液流型5.3.1核算壁温5.3.2核算流型5.4计算接口直径5.4.1计算壳程接口直径5.5计算管程接口直径5.6计算压强降5.6.1计算管程压降5.6.2计算壳程压降六、其他七、计算结果八、化工课程设计心得九、参考文献一．设计题目标准系列管壳式立式冷凝器的设计二．设计条件生产能力：正戊烷23760t/a，冷凝水流量70000Kg/h操作压力：常压正戊烷的冷凝温度51.7℃，冷凝水入口温度32℃每年按330天计，每天24小时连续生产要求冷凝器允许压降100000Pa三、设计内容3.1概述换热器在石油、化工生产中应用非常广泛。
在炼油厂中，原油常减压蒸馏装置中换热器的投资占总投资的20%；在化工厂中，换热器约占总投资的11%以上。
由于在工业生产中所用换热器的目的和要求不同，所以换热器的种类也多种多样。
列管式换热器在石油化工生产中应用最为广泛，而且技术上比较成熟。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
35％～40％。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。