列管换热器设计一般步骤1、作出流程简图。

2、按生产任务计算换热器的换热量Q。

3、选定载热体，求出载热体的流量。

4、确定冷、热流体的流动途径。

5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。

6、初算平均传热温度差。

7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。

8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。

包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。

9、核算Ｋ。

10、校核平均温度差D。

11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。

12、管程和壳程压力降的计算。

二、机械设计1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。

2、换热器封头选择。

3、换热器法兰选择。

4、管板尺寸确定。

5、管子拉脱力计算。

6、折流板的选择与计算。

7、温差应力的计算。

8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。

9、绘制主要零部件图。

三、编制计算结果汇总表四、绘制换热器装配图五、提出技术要求六、编写设计说明书3 1 2列管换热器设计步骤常规的列管换热器的设计步骤如下。

(1) 输入已知条件:如热流体的生产任务qm2、T1、T2为已知，确定冷流体,则冷流体进口温度t1也为已知，再优化确定t2;确定管材的内径d1、外径d2、管长L,管间距l和挡板间距B;根据冷热流体的性质确定污垢热阻Rd1和Rd2。

(2) 选择流体流通的通道和方向、管程数和壳程数。

(3) 计算冷流体流量qm1和热负荷。

(4) 计算逆流的Δtm和平均温度差修正系数ψ,再计算实际Δtm。

(5) 计算定性温度tm和Tm,选定流体物性方程,计算定性温度下的物性参数:ρ1, μ1, λ1, cp1, Pr1, ρ2, μ2, λ2,cp2, Pr2。

(6) 设定K的初值。

(7) 由传热速率式计算A。

(8) 由已知管材参数计算n, D。

(9) 计算S1, S2和Re1, Re2。

(10) 设定壁温tW,计算μ1μ1W0 14, μ2μ2W0 14。

(11) 计算α1, α2。

(12) 计算tWc,比较tW与tWc,如不符要求,重复步骤(10)～(12);(13) 计算Kc和Ac,比较A与Ac,考虑一定的安全系数,A>115% Ac,最终设计以A为换热器的传热面积。

如不符要求,重复步骤(6)～(13)。

在编制程序时,应把有关通用部分编制成独立子程序模块。

①物性数据库,必须包括传热计算所需的冷热流体物性,如密度、黏度、比热容、导热系数、汽化潜热等，饱和蒸汽、过热蒸汽的温度和压强的相关参数。

②由于对流给热系数α的关联式很多,可以建立计算α的专用模块。

③设备的尺寸模块,如系列化尺寸,对计算得到的设备尺寸应按标准系列进行圆整；又如已知列管数和管间距计算各种排列的管壳的内径,并圆整列管数。

④计算过程中的试差部分需要有相应的迭代计算子程序。

⑤输入和输出模块,设计合适的输入界面可以提高效率,结合图形编程技术可以输出换热器的结构尺寸图形。

●3 2列管式换热器的操作模拟在实际工作中,换热器的操作型计算问题也是经常碰到的。

例如,判断一个现有换热器对指定的生产任务是否适用,或者预测某些参数的变化对换热器换热能力的影响等都属于操作型问题，如图31所示。

图31换热器操作示意图常见的操作型问题有以下两类命题。

(1) 第一类命题给定条件:换热器的传热面积以及有关尺寸,冷、热流体的物性,冷、热流体的流量qm1、qm2和进口温度t1、T1以及流体的流动方式。

计算目的:冷热流体的出口温度t2、T2。

(2) 第二类命题给定条件:换热器的传热面积以及有关尺寸,冷、热流体的物性,热流体的流量qm2和进出口温度T1、T2,冷流体的进口温度t1以及流动方式。

计算目的:所需冷流体的流量qm1及出口温度t2。

3 2 1传热单元数和换热器效率可以直接由换热器设计用的数学模型,确定自由度中的有关参数,通过解方程组(数学模型),得到冷热流体的出口温度或所需的流量；也可以用传热单元数的方法求解,使用传热单元数方法求解换热器模拟计算比较简单。

有关传热单元数和换热器热效率的计算公式如下。

ε=f(NTU, R)（329）R=(qmcp)min(qmcp)max（330）NTU=KA(qmcp)min（331）式中ε——换热器的热效率;NTU——传热单元数。

对于单程并流ε=1-exp［-NTU(1+R)］(1+R)（332）对于单程逆流ε=1-exp［-NTU(1-R)］1-R·exp［-NTU(1-R)］（333）对于单壳程多管程换热器ε=21+R+1+R21+exp(-NTU1+R2)1-exp(-NTU1+R2)（334）对于双壳程偶数管程换热器εn=1-ε1R1-ε12-11-ε1R1-ε12-R-1（335）式中ε1——单壳程多管程换热器的传热效率;εn——n壳程多管程换热器的传热效率。

根据εNTU法,即可计算流体的出口温度,避免了用对数平均温度差求解所需的反复试算。

若热流体为比热容流量较小的流体,其传热效率ε=T1-T2T1-t1（336）T2=T1-ε(T1-t1)（337）若冷流体为比热容流量较小的流体,则传热效率：ε=t2-t1T1-t1（338）t2=t1+ε(T1-t1)（339）已知冷、热流体的入口温度和传热效率即可以求出出口温度。

假设换热器热损失可以忽略,换热器中两流体无相变化,单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量,即Q=qm2cp2(T1-T2)=qm1cp1(t2-t1)（340）3 2 2第一类命题换热器模拟计算的步骤（1）假定比热容流量较小流体的出口温度,例如冷流体的出口温度t2;（2）由热量衡算式计算热流体的出口温度T2;（3）由冷热流体进出口温度计算冷热流体的定性温度tm, Tm;（4）根据定性温度计算有关物性;（5）由冷热流体的流量和换热器的结构尺寸计算管程和壳程的流速;（6）计算冷热流体的给热系数α1, α2;（7）计算传热系数K;（8）计算传热单元数和换热器效率;（9）由换热器效率计算冷流体的出口温度：t2c=t1+ε(T1-t1)（10）比较t2与t2c，采用某种迭代方法修正t2,重复步骤(1)～(9),直至收敛。

3 2 3第二类命题换热器模拟计算的步骤（1）已知热流体的流量和进、出口温度,冷流体的进口温度;（2）假定冷流体的出口温度为t2;（3）由热量衡算式计算冷流体的流量qm2;（4）由冷热流体进出口温度计算冷热流体的定性温度tm, Tm;（5）根据定性温度计算有关物性;（6）根据冷热流体的流量和换热器的结构尺寸计算管程和壳程的流速;（7）计算冷热流体的给热系数α1, α2;（8）计算传热系数K;（9）计算传热单元数和换热器效率;（10）由换热器效率计算冷流体的出口温度：t2c=t1+ε(T1-t1)（11）比较t2与t2c，采用某种迭代方法修正t2,重复步骤(1)～(10),直至收敛。

列管式换热器列管式换热器的设计计算________________________________________【关键词】列管式换热器【论文摘要】列管式换热器的设计计算列管式换热器的设计计算? 1．流体流径的选择? 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例)?(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。

(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) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。

(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。

(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。

(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。

(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

?在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。

2. 流体流速的选择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性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。

但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。

所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。

此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。

例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。

管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。

这些也是选择流速时应予考虑的问题。

3. 流体两端温度的确定若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。

若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。

例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。

为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。

两者是相互矛盾的。

一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。

缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差。

4. 管子的规格和排列方法?选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。

易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。

我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm及φ19×mm两种规格的管子。

管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。

长管不便于清洗，且易弯曲。

一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。

系列标准中也采用这四种管长。

此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。

如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，如第五节中图4－25所示。

等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。

正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。

正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。

?管子在管板上排列的间距(指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。

通常，胀管法取t=(1.3～1.5)do，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。