管壳式换热器的设计与选型技巧

管壳式换热器的设计与选型的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其他尺寸或选择换热器的型号。

(一)流体流动阻力(压强降)的计算

1．管程流动阻力

管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。对于多程换热器，其阻力∑Δpi等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。一般情况下进、出口阻力可忽略不计，故管程总阻力的计算式为

式中:Δp1、Δp2——分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，Pa;

Ft——结垢校正因数，对φ25 ×2．5mm 的管子取1．4;对φ19 ×2mm 的管子取1．5;

Np——管程数;

Ns——串联的壳程数。

上式中直管压强降Δp1可按第二章中介绍的公式计算; 回弯管的压强降Δp2由下面的经验公式估算，即:

2．壳程流动阻力

壳程流动阻力的计算公式很多，在此介绍埃索法计算壳程压强降Δp0的公式，即:

式中:Δp'1——流体横过管束的压强降，Pa;

Δp'2——流体通过折流板缺口的压强降，Pa;

FS——壳程压强降的结垢校正因数;液体可取1．15，气体可取1．0。

式中:F——管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=0．5，对转角三角形为0．4，正方形为0．3;

f0——壳程流体的摩擦系数;

Nc——横过管束中心线的管子数;Nc值可由下式估算:(https://www.xing528.com)

式中:n——换热器总管数。

NB——折流挡板数;

h——折流挡板间距;

u0——按壳程流通截面积A0计算的流速，m/s，而A0 =h( D－ncd0) 。

(二)管壳式换热器的选型和设计计算步骤

1．计算并初选设备规格

(1) 确定流体在换热器中的流动途径。

(2) 根据传热任务计算热负荷Q。

(3) 确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形式;计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性。

(4) 计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0．8 的原则，决定壳程数。

(5) 依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选择总传热系数K 值。

(6) 由总传热速率方程Q =KSΔtm，初步计算出传热面积S，并确定换热器的基本尺寸( 如D、L、n 及管子在管板上的排列等) ，或按系列标准选择设备规格。

2．计算管程、壳程压强降

根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压强降。检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压降不符合要求，要调整流速，在确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压强降直至满足要求为止。

3．核算总传热系数

计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻Rsi和Rso，在计算总传热系数K'，比较K 的初设值和计算值，若K'/K=1．15 ～1．25，则初选的换热器合适。否则需另设K 值，重复以上计算步骤。