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1、一．概述 在化工、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。
2、随着化工、炼油的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。
3、今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性 二．确定设计方案 1．选择换热器的类型 两流体温度的变化情况：热流体进口温度140℃ 出口温度40℃；冷流体进口温度20℃，出口温度为40℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
4、 2．管程安排 从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，循环冷却水走壳程。
5、但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。
6、 三． 确定物性数据 定性温度：对于煤油和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
7、故壳程煤油的定性温度为 T=（140+40）/2 =90℃ 管程流体的定性温度为 t=（20+40）/2=30℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
8、对煤油来说，最可靠的无形数据是实测值。
9、 煤油在90℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 定压比热容 =2.22kj/kg℃ 热导率 =0.14w/m 粘度 =7.05 10-4Pas 循环水在30℃ 下的物性数据： 密度 =995.7㎏/m3 定压比热容 =4.175kj/kg℃ 热导率 =0.618w/m℃ 粘度 =8.01 10-4Pas 四． 估算传热面积 1．热流量 Q1= =25253 2.22 (140-40)=5606166 kj/h=1557.3 kw 2.平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 = 3.传热面积 由于壳程煤油的压力较高，故可选取较大的K值。
10、假设K=300W/(㎡k)则估算的传热面积为 Ap= 4.冷却水用量 m= = 五． 工艺结构尺寸 1．管径和管内流速 选用Φ25 2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1.1m/s。
11、 2．管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 Ns= 按单程管计算，所需的传热管长度为 L= 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
12、根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为 Np= 传热管总根数 Nt=55 4=220 3.平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数 R= P= 按双壳程，四管程结构，查平均温差校正系数图得 平均传热温差 ℃ 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取双壳程合适。
13、 4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法即每程内均按正三角形排列隔板两侧采用正方形排列。
14、 取管心距t=1.25d0，则 t=1.25 25=31.25=32㎜ 隔板中心到离其最.近一排管中心距离计算 S=t/2+6=32/2+6=22㎜ 各程相邻管的管心距为44㎜。
15、 管数的分成方法，每程各有传热管55根。
16、 5．壳体内径 采用多管程结构，壳体内径估算。
17、取管板利用率η=0.75 ，则壳体内径为 D=1.05t 按卷制壳体的进级档，可取D=600mm 6．折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 H=0.25 600=150m，故可 取h=150mm 取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3 600=180mm，可取B为200mm。
18、 折流板数目NB= 7．接管 壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为u1=1.1m/s，则接管内径为 圆整后可取管内径为100mm。
19、 管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=1.2m/s，则接管内径为 圆整后去管内径为150mm 六． 换热器核算 1． 热流量核算 （1）壳程表面传热系数 用克恩法计算 当量直径 = 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特数 粘度校正 （2）管内表面传热系数 管程流体流通截面积 管程流体流速 普朗特数 （3）污垢热阻和管壁热阻 管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁热阻计算，碳钢在该条件下的热导率为50w/(m K)。
20、所以 （4） 传热系数 （5）传热面积裕度可得所计算传热面积Ac为 该换热器的实际传热面积为Ap 该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
21、 2． 壁温计算 因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可计算。
22、由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。
23、为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15℃，出口温度为40℃计算传热管壁温。
24、另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。
25、但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。
26、计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。
27、于是有 式中液体的平均温度 和气体的平均温度分别计算为 0.4 40+0.6 15=25℃ (140+40)/2=90℃ 4875w/㎡ k 761.7w/㎡ k 传热管平均壁温 ℃ 壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=90℃。
28、壳体壁温和传热管壁温之差为 ℃。
29、 该温差较大，故需要设温度补偿装置。
30、由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。
31、 3．换热器内流体的流动阻力 （1）管程流体阻力 由Re=26925，传热管对粗糙度0.01，查莫狄图得 ，流速u=1.083m/s 所以， 管程流体阻力在允许范围之内。
32、 （2）壳程阻力 按式计算 流体流经管束的阻力 F=0.5 0.5 0.654 16.3 (29+1) =6754Pa 流体流过折流板缺口的阻力 B=0.2m D=0.6m Pa 总阻力 6754+1676=8430Pa 由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。
33、 七．计算结果汇总 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表： 参数 管程 壳程 流率 67141 25253 进/出口温度/℃ 20/40 140/40 压力/MPa 物性 定性温度/℃ 30 90 密度/（kg/m3） 995.7 825 定压比热容/[kj/（kg?k）] 4.175 2.22 粘度/（Pa?s） 8.01 7.05 热导率（W/m?k） 0.618 0.14 普朗特数 5.41 11.18 设备结构参数 形式 浮头式 壳程数 2 壳体内径/㎜ 600 台数 1 管径/㎜ Φ25 2.5 管心距/㎜ 32 管长/㎜ 6000 管子排列 △ 管数目/根 220 折流板数/个 29 传热面积/㎡ 104.4 折流板间距/㎜ 200 管程数 4 材质 碳钢 主要计算结果 管程 壳程 流速/（m/s） 1.083 0.32 表面传热系数/[W/（㎡?k）] 4785 350 污垢热阻/（㎡?k/W） 0.0006 0.0004 阻力/ MPa 0.026277 0.00843 热流量/KW 1557.3 传热温差/K 49.7 传热系数/[W/（㎡?K）] 350 裕度/% 15.6%。
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