《换热器工艺设计》word文档
换热器工艺设计
目次
1 总则
1.1 目的
1.2 范围
1.3 规范性引用文件
2 设计总则
2.1 设计标准
2.2 安装方式
2.3 管壳式换热器
3 管壳式换热器的选型
3.1 壳体的选择
3.2 封头的选择
4 管壳式换热器机械参数的确定
4.1 设计压力
4.2 设计温度
4.3 管子及管束
4.4 壳径
4.5 折流板和支撑板
4.6 防冲板
4.7 接管
5 管壳式换热器的传热计算
5.1 设计余量
5.2 压降
5.3 流速
5.4 管口流速
5.5 KETTLE式换热器
5.6 污垢系数
5.7 腐蚀余量
5.8 管束振动及噪声分析
1 总则
1.1 目的
为规范各项目的换热器的流体力学及传热计算而编制。
1.2 范围
1.2. 1本规定规定了管壳式换热器的选型和设计的工艺要求。
1.2.2本规定适用于各项目中传热面积大于0.5耐的管壳式换热器、板式换热器、套管式(Double pipe)和多管式套管(Hair-pin)换热器，但不适
用于蒸汽表面冷凝器。
1.3 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款。凡注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡是不注日期或修改号（版次）的引用文件，其最新版本适用于本规定。
1.3.1 GB151-1999(2002) 管壳式换热器（附加2002年第1号修改单）
1.3.2 TEMA 管壳式换热器制造协会标准
1.3.3 API660 Shell and Tube Heat Exchangers
2 设计总则
2.1 设计标准
2.1.1 对于国内设计、加工或制造的管壳式换热器应严格依据GB151标准；国外设计、加工或制造的管壳式换热器应严格依据TEMA或API标准。
2.2.2 对于TEMA等级如无说明应采用“R”级。
2.1.3 对于立式换热器，制造商应在换热器上配备吊装用吊耳。
2.2 安装方式
换热器通常应采用卧式，对于工艺上特殊要求、或清洗和维修、或安装空间限制的情况可采用立式安装。
2.3 水冷却器
对于冷却介质是水的换热器应满足如下规定：
（1）如无特别工艺要求冷却水通常应走管内，并采用下进上出形式以防止不凝气体聚积。
（2）管内冷却水的流速不应小于0. 9 m/s。
（3）对于开放式循环水系统，冷却水出口温度不应高于42℃。
2.4 套管换热器
对于套管换热器和多管式套管换热器，外管直径不应大于DN150，并且还需要满足如下规定：
（1）氢气不能走管外，氢气分压小于0. 69MPa (A)时可视作非氢体系。
（2）未经业主同意，不得采用差压设计。
（3）制造商提交PMC的技术资料应包括流体诱导振动和声振校核内容。
（4）如果蒸汽作为热介质走管外时，其过热度不应大于30℃。
（5）对于管外易结垢、或者管外需要机械清洗时，不应采用翅片管。
（6）如果采用翅片管时，翅片的材质应有较好的抗腐蚀性。
（7）套管换热器（Double pipe）的材质应选择无缝或焊接钢管系列。
（8）多管式套管换热器（Hair-pin）由制造商负责设计并提供设计规范。
2.5 再沸器
热虹吸式再沸器相对简单和经济，因此在设计时应作为首选类型。但在下列条件下不宜使用。
（1）高粘度液体。
（2）易结垢物系。
（3）操作负荷变化很大和需要调节比例的环境。
对于高真空条件下再沸器，应选择强制循环式或立式降膜式。
2.6板式换热器
板式换热器，由制造商根据工艺条件负责设计并提供设计规范。同时要满足以下要求：·每台板式换热器均应有静电接地防护。业主根据工况确定是否需要防火罩。当下列两个条件同时存在时，应设置防火罩:
1) 换热器有可燃液体与橡胶密封垫直接接触。
2) 换热器距有着火隐患的设备6 m以内。
·防火罩上设置泄放口。
·如果有防火罩的要求，制造商应提供防火试验证明。防火试验条件为:
1) 测试板片不少于100块，换热器试验台应足以使整个换热器置于火焰之中；
2) 两侧均充满不低于150 ps i g (10 barg)、静止的煤油；
3) 换热器置于火焰之中至少1小时；
最大可见泄漏为1 gpm (0. 23 m3/hr)。
3 管壳式换热器的选型
管壳式换热器通常分为固定管板式、U形管式和浮头式。
满足以下列出的条件时可选择固定管板式换热器：
（1）管子和壳体因热膨胀引起的应力不超过设计应力的范围，否则要选择浮头式或U形管式以保证管束可以自由伸缩。
（2）壳程介质不易结垢，或壳程污垢便于化学清洗。
（3）开、停车或其他工况下临时用的换热器。
满足以下列出的条件时可选择U形管式换热器：
（1）管侧不需要机械清洗或容易实现机械清洗时，可以采用U形管，但需要机械清洗时，U形转弯直径不得小于150mm。
（2）管程污垢便于化学清洗。
对于除上述各项条件以外，可选择浮头式换热器。
流体流径的选择
一般情况，下列介质应走管程：
（1）腐蚀性介质
（2）有毒介质
（3）易结垢介质
（4）温度或压力高的介质（必须增加厚度或由碳钢改合金钢时，否则此条不必作为主要矛盾考虑）
当上述情况排除后，介质走管程还是走壳程一般要考虑能够提高传热系数和充分利用压降。
3.1 壳体的选择
3.1.1 壳体通常应选择“E”型，以下情况除外；
3.1.2 当换热器内发生温度交叉时，需要两台或两台以上的多管程换热器串联才能满足要求，此时为减少串联换热器的台数，可选择“F”型。
3.1.3 当壳程流体的允许压降较小，且“E”或“F”型不能满足要求时，可采用“J”、或“X”、或“H”型。
3.1.4 对于壳程沸腾且汽化率大于50～100%时，可考虑用“K”型。
3.2 封头的选择
3.2.1 通常，选择“B”型作为前封头。对于水冷却器，当管侧需要定期清洗，且管侧设计压力小于1 MPa时，前封头可选择“A”型。
3.2.2 对于固定管板式，宜选择“M”型作为后封头；而对于浮头式，应选择“S”型作为后封头。
3.2.3 浮头式换热器的壳径应大于DN300。
3.2.4 对于外填料式浮头“P”和外密封式浮头“W”型的换热器不能在中国设计和制造。
4 管壳式换热器机械参数的确定
4.1 设计压力
4.1.1 换热器的设计压力规定为最大操作压力加上200KPa，或者等于1. 1倍最大操作压力，二者取较大值。
4.1.2 对于泵循环系统的换热器，其设计压力等于泵的出口关闭压力。并与上一条比较，二者取较大值。
4.1.3 对于塔釜再沸器，其设计压力等于塔的设计压力、塔的操作压降和静压头（塔釜高液位至再沸器入口之间的距离）三者之和。
4.1.4 对于真空系统换热器，真空侧的设计压力按承受的外压考虑，当装有安全装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍最大内外压力差，或0.1MPa两者中的较低值；当没有安全控制装置时取0.1MPa。真空换热器非真空侧，同时受管、壳程压力作用的元件，其设计压力为内压侧和真空侧之和。
4.2 设计温度
4.2.1 换热器操作温度范围的在0～400℃时，其管侧或壳侧的设计温度应至少比最高操作温度高17℃。
4.2.2 换热器操作温度高于400℃时，其管侧或壳侧的设计温度应至少比最高操作温度高出1%。
4.2.3 换热器操作温度低于几0℃时，其管侧或壳侧的设计温度应至少为可能达到的最低操作温度。
4.2.4 当换热器需要用蒸汽吹扫时，其设计温度不应低于150℃；若需要干燥时，其设计温度不应低于 80℃。
4.2.5 当几台换热器串联时，其设计温度应至少等于管、壳侧流体在上一台换热器中所能达到的最大温度。
4.2.6 所有换热器的设计温度必须满足最小金属壁温。
4.2.7 对于“F”型换热器，壳侧流体的进出口温度不得大于191℃（3500F）。
4.3 管子及管束
4.3.1 表4.3-1列出国外常用光管系列（英制）的外径、壁厚，包括铜、钢、铝和一些合金等不同材质。
4.3.2 表 4.3-2列出国产光管系列的外径、壁厚，包括铜、钢、铝和一些合金等
不同材质。
其中，
1) 16 mm的管子适用于进出料换热器，操作介质较为干净。
2) 19 mm的管子适用于以下情况：
管侧流体的污垢系数小于或等于0.00034 m2·K / W
水做冷却介质走管内，且水的污垢没有严格要求。