第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—12.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3 确定物性数据2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃（2-1）管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
2.3.2 物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】表2—2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】表2—32.4估算传热面积2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）将已知数据代入 （2-1）得：111p Q WC t =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W 式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K ；1t ∆——工艺流体的温差，℃；Q ——热流量，W 。
2.4.2平均传热温差根据 化工原理 4-45 公式（2-2）计算：1212ln m t t t t t ∆-∆∆=∆∆ （2-3） 按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得：()()()()121242033031029541.86420330ln ln 310295m t t t t t ---∆-∆∆===∆-∆-℃式中： m t ∆——逆流的对数平均温差，℃；1t ∆——热流体进出口温差，℃； 2t ∆——冷流体进出口温差，℃； 可按图2-1中（b ）所示进行计算。
2.4.3传热面积根据所给条件选定一个较为适宜的K 值，假设K =400 W/m 2.K 则估算传热面积为:mt K QS ∆=（化工原理 式4-43） （2-4）将已知数据代入 （2-3）得： 2m 39.10986.4140067.1831666t =⨯∆=m K Q S式中：S ——估算的传热面积，2m ；K ——假设传热系数，W/m 2.℃；m t ∆——平均传热温差，℃。
考虑的面积裕度，则所需传热面积为:28.12515.188.11215.1'm S S =⨯=⨯= （2-5）2.4.4热流体用量根据公式（2-4）计算：由化工原理热平衡公式 将已知数据代入 （2-4）得： kg/h 68.17392)295420(033.367.1831666222=-⨯=∆=t C Q W p （2-6）式中Q ——热流量，W ；2p c ——定压比热容，kJ/㎏.℃；2t ∆——热流体的温差，℃； 2W ——热流体的质量流量，kg /h 。
2.5 工艺尺寸 2.5.1管数和管长1.管径和管内流速根据红书 表3-2 换热管规格表2-4根据 红书 表3-4 取管内流速s m i /1u = ⒉管程数和传热管数 依红书3-9式 un dqv 24π=，可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数758.74102.047.70967.164n 22≈=⨯⨯==πu d qii v s （根） (2-7) 式中q v——管程体积流量，s3m；n ——单程传热管数目；i d ——传热管内径，mm ； u ——管内流体流速，sm 。
按单管程计算,依红书3-10,所需的传热管长度为 ()m nd A sop 3.2175025.08.125L =⨯⨯==ππ (2-8)式中 L ——按单程管计算的传热管长度，m A p ——传热面积，2m ；do——换热管外径，m 。
按单管程设计，传热管过长，则应采用多管程，根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长m l 6=,则该换热器的管程数为 456.363.21≈===l L N p （管程）(2-9) 传热管总根数 300475=⨯=⨯=N n N p s T （根） (2-10) 式中， 0d ——管子外径，m ；'T N ——传热管总根数，根；0d ——管子外径，m ；3.换热器的实际传热面积，依据红书3-12，203.1413006025.014.3m lN d A T =⨯⨯⨯==π （2-11）式中，。
换热器的实际传热面积换热器的总传热管数；----A N T2.5.2平均传热温差校正及壳程数选用多管程损失部分传热温差，这种情况下平均传热温差校正系数与流体进出口温度有关，其中按红书3-13a 3-13b1221T T R t t -==-热流体的温差冷流体的温差 （2-12）2111t t P T t -==-冷流体的温差两流体最初温差 （2-13）将已知数据代入（2-12）和（2-13）得：按单壳程，四管程结构，红书图3-7，查得校正系数[1]：图2-2 温差校正系数图0.96t ε∆=；平均传热温差 按式（2-9）计算：m t t t ε∆∆=∆塑 （2-14）将已知数据代入（2-9）得： 式中 ：m t ∆——平均传热温差，℃； t ε∆——校正系数；t ∆塑——未经校正的平均传热温差，℃。
由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流量较大，故取单壳程合适。
传热管排列方式：采用正三角形排列每程各有传热管75根，其前后官箱中隔板设置和介质的流通顺序按 化工设计 3-14 选取取管心距：01.28t d = （2-15） 则管心距：根据标准选取为 32mm ： 隔板中心到离其最近一排管中心距mm t s 22623262=+=+=（2-16）各程相邻传热管的管心距为2s=44mm 。
每程各有传热管75根，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按图2-4选取。
图2-3组合排列法图2-4 隔板形式和介质流通顺序⒌壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按式计算。
正三角形排列，4管程，取管板利用率为0.70.8~.60==ηη，取，则壳体内径为 )mm (5.6957.03003205.105.1=⨯⨯==ηNTtD . （2-17）式中：D ——壳体内径,m; t ——管中心距,m;NT——横过管束中心线的管数按卷制圆筒进级挡圆整，取为D=700mm 。
2.5.3 折流板管壳式换热器壳程流体流通面积比管程流通截面积大，为增大壳程流体的流速，加强其湍动程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。
单壳程的换热器仅需要设置横向折流板。
采用弓形折流板，弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%~25%，取25%，取则切去的圆缺高度为：0.25700175h =⨯=mm （2-18） 故可取h =180mm取折流板间距D B 3.0=，则)(2107003.0mm B =⨯= （2-19） 可取为B=250mm 。
折流板数N B （块）折流板间距传热管长231-25060001-===N B （2-20）折流板圆缺面水平装配。
化工设计 图3-15图2-5 弓性折流板（水平圆缺）2.5.4其它附件拉杆拉杆数量与直径：由化工设计表4-7 表4-8 该换热器壳体内径为700mm ，故其拉杆直径为φ16拉杆数量为6个。
2.5.5接管依据化工原理 式1-24 ，壳程流体进出口接管：取接管内水蒸气流速为=u 1 4.42m /s ，则接管内径为 )(219.042.48.283600173934V 4D 111m u =⨯⨯⨯==ππ）（ （2-21） 圆整后可取内径为=D 1150mm 。
管程流体进出口接管：取接管内液体流速为=u 21m /s ，则接管内径为 圆整后取管内径为D 2=180mm 。
式中：D ——接管内径，m ；u ——流速，/m s ；V ——热、冷流体质量流量，kg/s 。
2.6换热器核算 2.6.1 热流量核算壳程表面传热系数壳程表面传热系数用克恩法计算，见式 红书3-2214.0)(Pr31Re55.0136.0o ηηλαwd e= （2-22） 当量直径，依式红书 3-32b 计算：d d t oo e ππ)423(4d 22-=（2-23）将已知数据代入 （2-23）得 ： 式中 e d —当量直径，m ； t —管心距，m ； 0d —管外径，m 。
壳程流通面积依红书式3-25计算)(038.0)032.0025.01(7.025.0)1(2m t BD d S o o=-⨯⨯=-=22(1)d s BD t =- （2-24）式中 B —折流板间距，m ；D —壳体内径，m ； t —管心距，m ； d o —管径，m ；S o —壳程流通面积，2m 。
依据红书计算步骤，壳程流体流速及其雷诺数 分别为415.4038.0)8.283600(17393S u o o =⨯==V o （m /s ） （2-25）72.1132751045.228.28415.402.0u d Re6=⨯⨯⨯==-μρe o（2-26）普朗特数黏度校正 1)(14.0≈ηϖη 壳程表面传热系数（2-27） 式中 2u —壳程流体流速，/m s ； 2s —壳程流通面积，2m ；ρ—密度，3/kg m m —热流体的质量流量，/kg h 。
2 管内表面传热系数 管程流体流通截面积 )(0236.07502.04n d 422i m N T i S =⨯⨯=⨯⨯=ππ（2-28） 管程流体流速1=u i （m /s ）雷诺数 1.1660311049.85102.07.709R 6=⨯⨯⨯=-i i i i iu d e μρ （2-29）普朗特数 853.0r =P按化工原理 式 4.08.0Pr Re 23.0dii i λα= 得℃）（⋅=⨯⨯⨯==24.08.04.08.0W/m 5.562853.01.16603102.05507.023.0Pr Re 23.0dii i λα （2-30）式中：Re ——雷诺数；e d ——当量直径，m ； i u ——管程流体流速，/m s ；i ρ——密度，3/kg m ； i μ——粘度，Pa.s 。