化工单元操作中列管式换热器选型需考虑的问题

( 一) 流动空间的选择

流体流经管程或壳程，以固定管板式换热器为例，一般确定原则如下:

(1) 不洁净或易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗较方便。

(2) 腐蚀性流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管子便于维修和更换。

(3) 压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，以节省壳体金属消耗量。

(4) 被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。

(5) 高温加热剂与低温冷却剂宜走管程，以减少设备的热量或冷量的损失。

(6) 有相变的流体宜走壳程，如冷凝传热过程，管壁面附着的冷凝液厚度即传热膜的厚度，让蒸汽走壳程有利于及时排除冷凝液，从而提高冷凝传热膜系数。

(7) 有毒害的流体宜走管程，以减少泄漏量。

(8) 黏度大的液体或流量小的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，流速与流向不断改变，在Re ＞100 的情况下即可达到湍流，以提高传热效果。

(9) 若两流体温差较大时，对流传热系数较大的流体宜走壳程。因管壁温接近于α 较大的流体，以减小管子与壳体的温差，从而减小温差应力。

在选择流动路径时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体情况分析。一般首先考虑操作压力、防腐及清洗等方面的要求。

( 二) 流速的选择

流体在管程或壳程中的流速，不仅直接影响传热膜系数，而且影响污垢热阻，从而影响传热系数的大小，特别对含有较易沉积颗粒的流体，流速过低甚至可能导致管路堵塞，严重影响到设备的使用，但流速增大，又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验，表2 -10、表2 -11 列出一些工业上常用的流速范围，以供参考。

表2-10　列管换热器内常用的流速范围

表2-11　液体在列管换热器中的流速(钢管)

( 三) 加热剂( 或冷却剂) 进、出口温度的确定方法

通常，被加热( 或冷却) 流体进、出换热器的温度由工艺条件决定，但对加热剂( 或冷却剂)而言，进、出口温度则需视具体情况而定。

为确保换热器在所有气候条件下均能满足工艺要求，加热剂的进口温度应按所在地的冬季状况确定;冷却剂的进口温度应按所在地的夏季状况确定。若综合利用系统流体作加热剂( 或冷却剂) 时，因流量、入口温度确定，故可由热量衡算直接求其出口温度。用蒸汽作加热剂时，为加快传热，通常宜控制为恒温冷凝过程，蒸汽入口温度的确定要考虑蒸汽的来源、锅炉的压力等。在用水作冷却剂时，为便于循环操作、提高传热推动力，冷却水的进、出口温度差一般宜控制在5 ～10℃左右。

( 四) 列管类型的选择

对热、冷流体的温差在50℃以内时，不需要热补偿，可选用结构简单、价格低廉且易清洗的固定管板式换热器。当热、冷流体的温差超过50℃时，需要考虑热补偿。在温差校正系数φΔt小于0.8 的前提下，若管程流体较为洁净时，宜选用价格相对便宜的U 形管式换热器，反之，应选用浮头式换热器。

( 五) 单程与多程

前已述及，在列管式换热器中存在单程与多程结构( 管程与壳程) 。当温差校正系数小于0.8 时，则不能采用包括U 形管式、浮头式在内的多程结构，宜采用几台固定管板式换热器串联或并联操作。(www.xing528.com)

( 六) 管子规格

管子的规格包括管径和管长。列管换热器标准系列中只采用φ25mm×2.5mm( 或φ25mm×2mm) 、φ19mm×2mm 两种规格的管子。对于洁净的流体，可选择小管径，对于不洁净或易结垢的流体，可选择大管径换热器。管长则以便于安装、清洗为原则。

( 七) 流体通过换热器的流动阻力( 压力降) 的计算

列管换热器是一局部阻力装置，流动阻力的大小将直接影响动力的消耗。当流体在换热器中的流动阻力过大时，有可能导致系统流量低于工艺规定的流量要求。对选用合理的换热器而言，管、壳程流体的压力降一般应控制在10.13 ～101.3kPa。

1.管程流动阻力的计算 流体通过管程阻力包括各程的直管阻力、回弯阻力以及换热器进、出口阻力等。通常进、出口阻力较小，可以忽略不计。因此，管程阻力可按下式进行计算，即:

式中:Δp1——因直管阻力引起的压力降，Pa;

Δp2——因回弯阻力引起的压力降，Pa;

Ft——结垢校正系数( 对φ25mm ×2.5mm 的管子Ft =1.4; 对φ19mm ×2mm 的管子Ft =1.5) ;

Ns——串联的壳程数;

Np——每壳程的管程数。

上式中的Δp1 可按直管阻力计算式进行计算;Δp2 由下面经验式估算，即:

2.壳程阻力的计算 壳程流体的流动状况较管程更为复杂，计算壳程阻力的公式很多，不同公式计算的结果差别较大。当壳程采用标准圆缺形折流挡板时，流体阻力主要有流体流过管束的阻力与通过折流挡板缺口的阻力。此时，壳程压力降可采用通用的埃索公式，即:式中:Δp

1′——流体流过管束的压力降，Pa;

Δp2′——流体流过折流挡板缺口的压力降，Pa;

FS——壳程结垢校正系数( 对液体FS =1.15;对气体或蒸汽FS =1) ;

F——管子排列方式对压力降的校正系数( 对正三角形排列F=0.5;正方形斜转45°排列F=0.4;正方形直列F=0.3) ;

f0——流体的摩擦系数( 当Re0 =d0u0ρ/μ ＞500 时，f0 =5.0Re0-0.228) ;

NB——折流挡板数;

h——折流挡板间距，m;

nc——通过管束中心线上的管子数;

uo——按壳程最大流通面积Ao［Ao =h( D-ncdo) ］计算的流速，m/s。