0.091 1 + 10 0.091 1 + 10
− − +
30)
102 102
+ +
1 1
= 32.2
4.传热管排列和分程方法
采用正三角形排列。
取管心距 t = 1.25do ，则 t = 1.25× 25 ≈ 32mm
横过管束中心线的管数 nc = 1.19 N = 1.19 474 = 26（根） 5.壳体内径
按管间煤油计算，即
Q = ( W1cp1 T1 − T2 )
[ ] ( ) = 19.8×107 /(330× 24× 3600) × 2.22×103(140 − 40)
= 1.54×106 W
（二）计算冷却用水量
忽略热损失，则水的用量为
W2
=
Q
c p (t2 −
t1 )
=
1.54 × 106
4.174 × 103 (40 −
⎟⎞0.4 ⎠
= 0.023× 31.3× 2033.3×1.8812 = 2753.7W/m2 ⋅ °C
2.壳程给热系数
假设壳程给热系数 αo = 290W/m2 ⋅°C 3.污垢热阻
Rsi = 0.00042m2 ⋅°C/W 4.管壁的导热系数
Rso = 0.000172m2 ⋅°C/W
碳钢的导热系数 λ = 45W/m⋅°C
折流板数
NB
=
传热管长 折流板间距
−1
=
6000 300
−1
=
1（9 块）
折流板圆缺水平面安装。
7.接管
壳程流体（煤油）进出口接管：取接管内煤油流速为1.0m/s，则
接管内径
d=
4V = πu
4 ×19.8 ×107
/ 330× 24× 3.14 × 1.0
3600 ×
825
=
取标准管径为100mm。
规格：Ф19×2mm Ф25×2.5mm两种
长度：1.5m、2m、3m、6m，其中3m、6m较多用
换热器的基本参数
¾排列方式：
换热器设计实例
一、设计任务
——煤油卧式列管式冷却器的设计
1.处理能力：19.8×104 t / a 煤油； 2.设备形式：卧式列管式换热器。 二、操作条件
1.煤油：入口温度140℃，出口温度40℃； 2.冷却介质：为循环水，入口温度30℃，出口温度自选； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.煤油在定性温度下的物性数据
4
× 0.008418 3.14 × 1.0
=
0.104m
管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为
1.5m/s，则接管内径
d=
4V = πu
4× 36.93 / 994 3.14 × 1.5
=
0.178m
（取标准管径为200mm）
六、换热器核算
（一）热量核算 1.壳程对流给热系数
对于圆缺形折流板，可采用克恩公式
ρ = 825kg/m3， μ = 7.15×10−4 Pa ⋅ s，
c p = 2.22kJ/kg⋅ °C，λ = 0.14W/m ⋅ °C。
5.每年按330天，每天按24小时连续运行。
两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进
行设计。
一、确定设计方案
（一）选定换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（煤油）入口温度为140℃，出口温度为40℃
化工原理课程设计
换热器设计
中国石油大学（华东） 2015年8月
提纲
设计要求 如何切入设计任务 管壳式换热器的设计 EDR简介 Aspen Plus物性数据导入EDR过程
EDR的立式热虹吸再沸器设计
设计要求
1、通过手算完成塔顶冷凝器的设计 2、通过软件完成塔顶冷凝器的设计
并与手算结果对比 3、通过软件完成塔底再沸器的设计
2.管程数和传热管数
根据传热管内径和流速确定单程传热管数
ns
=
(π
/
V
4)d
2 i
ui
=
36.93 / 994 0.785 × 0.022 × 0.5
= 236.6 ≈ 237 （根）
按单管程计算所需换热管的长度
L
=
S
nsπd o
=
211.2 237 × 3.14 × 0.025
= 11.4m
按单管程设计，传热管过长，现取传热管长 l = 6m ，则该换热器
⎟⎟⎠⎞
=
0.020m
壳程流通截面积
So
=
BD⎜⎛1 − ⎝
do t
⎟⎞ ⎠
=
0.3× 0.9⎜⎛1 − ⎝
0.025 0.032
⎟⎞ ⎠
=
0.059m2
壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为
uo
=
0.008418 0.059
=
0.143m/s
Reo
=
换热器的标准系列(GB151)
换热器型号的表示
换热器的标准系列(GB151)
示例
浮头式：
6
AES500-1.6-54- 25-4I
管程数
碳素钢较高级冷拔换热管 外径25mm,管长6m
公称传热面积(m2)
管程壳程公称压力(MPa)
壳体公称直径(mm)
前端管箱为平盖管箱 壳体形型为E型 后端结构型式为S型
+
⎜⎜⎝⎛
1
αi
+
Rsi
⎟⎟⎠⎞
⋅
do di
3.核算传热面积A ：
计算所需传热面积Ac ，与换热器实际面积Aa 相比，当 (Aa-Ac)/Ac=0.1～0.2，所选换热器适宜，否则重复前述步骤。
4.计算管、壳程压强降：
若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折 流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至 满足要求为止。
= 13654 > 10000
故采用下式计算 αi
αi
=
0.023 λi di
⎛⎜⎜⎝
di ui ρi μi
⎞⎟⎟⎠0.8
⎛⎜⎜⎝
cpμ λ
⎟⎟⎠⎞0.4
=
0.023
0.626 0.020
⎜⎛ ⎝
0.020× 0.5× 994 0.000728
⎟⎞0.8 ⎠
⎜⎛ ⎝
4174
× 0.000728 0.626
管壳式换热器的设计
1.换热器型式的选择：
综合考虑冷热流体的温差、压力及管、壳程流体的性质； ¾ 固定管板式、U型管式、浮头式？ ¾ 卧放？立放？
轻烃、芳烃物系冷凝器：卧式壳程冷凝（蒸汽走壳，冷凝水走 管，卧放） 再沸器？
再沸器
结构：釜式再 沸器由一个部 分扩大的K型壳 体和可抽出的 加热管束所组 成，管束末端 有溢流堰。
+
0.000172
+
0.003448
= 214.5W/m2 ⋅°C
四、估算传热面积
S′ =
Q
KΔ tm,逆
=
1.54 ×106 214.5× 39.09
= 183.7m2
考虑15%的面积裕度，S = 1.15S′ = 1.15 ×183.7 = 211.2m2
五、工艺结构尺寸
1.管径和管内流速
选用的碳钢换热管 Φ 25× 2.5 ，管内流速 ui = 0.5m/s
的管程数为
N
p
=
L l
=
11.4 6
≈
（2 管程）
传热管的总根数 N = 237× 2 = 474（根）
3.平均传热t1
=
40 − 30 140 − 30
=
0.091
R
=
T1 t2
− T2 − t1
=
140 − 40 40 − 30
= 10
按单壳程双管程结构查单壳程ψ − P − R 图，
5.总传热系数
K
=
do
αidi
+
Rsi
do di
1 + bdo
λdm
+
Rso
+1
αo
=
0.025 2753.7 × 0.020
+
0.00042
0.025 0.020
1
+
0.0025× 0.025 45× 0.0225
+
0.000172
+
1 290
=
0.000454
+
0.000525
+
1 0.000062
固定管板式：
碳素钢较高级冷拔换热管外 径25mm,管长6m
管程数
BEM700-12..65
-54-
6 25
-4I
公称传热面积(m2)
管程-壳程公称压力(MPa)
壳体公称直径(mm)
前端管箱为封头管箱 壳体形型为E型 后端结构型式为M型
换热器的基本参数
¾ 公称压力、传热面积、管子排列方式、管长、 管外径、管子总数、管程数、壳程数、管程与壳 程流通面积、折流板间距、折流板缺口拱高等。 ¾管子规格： 管子的规格及排列方式：
冷流体（冷却水）入口温度为30℃，出口温度选为40℃
两流体的定性温度如下：
煤油的定性温度 冷却水定性温度 两流体的温度差
Tm = (140 + 40)/ 2 = 90o C
tm = (30 + 40)/ 2 = 35o C
Tm − tm = 90 − 35 = 55o C
（>50℃，<70℃）
因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体