【文章內(nèi)容簡介】 溫度存在交叉時，最好選用逆流形式，而當氣體冷卻或冷凝時，由于錯流流動壓力損失小，故常采用此形式。另外，要慎重選擇流體的流路盡量避免由于兩股流體流率不平衡而造成的設備傳熱性能的降低。4. 翅片式換熱器空冷器Aircooled≤2000≤500(air temp :60~+50)500碳鋼不銹鋼翅片：鋁、碳鋼空冷器和管殼式換熱器相比，安裝面積大，對空冷器需作包括結構價格、耗電等因素在內(nèi)的綜合費用分析。通常當物流出口溫度高于環(huán)境溫度15℃~20℃或更高時，使用空冷器較為經(jīng)濟。板翅式Plate fin≤10000260≤t≤100（鋁）70鋁、不銹鋼、銅板翅式換熱器通常用于低溫過程。其傳熱性能好、重量輕、結構緊湊，適應性廣，可用于單相流動、冷凝器和蒸發(fā)器中對高溫體系中的氣~氣換熱，目前正逐漸使用材質為不銹鋼的板翅式換熱器。對鋁合金制造的板翅式換熱器，可利用其低溫延展性和抗拉性好的特點，特別使用低溫或超低溫場合。熱管Heat pipe＜200040≤t≤35010碳鋼不銹鋼銅流動阻力小、體積小、結構緊湊。由于熱管可在熱流體和冷流體兩側通過增加翅片來擴展受熱面，因而大大提高了氣氣換熱器的傳熱量，用在氣氣換熱器中最為有效。5. 特殊材料的換熱器石墨Carbon≤700≤1607不滲透性石墨結構有：管殼式換熱器、塊狀換熱器等。聚四氟乙烯Teflon≤80≤1505聚四氟乙烯管殼式和浸泡式換熱器，重量輕、結構緊湊。機械性能較差，只適用于抵押工況。玻璃Glass≤25≤2809耐熱玻璃管殼式和浸泡式換熱器，重量輕、結構緊湊。機械性能較差，只適用于抵押工況。6. 特殊換熱管低翅管3tube———碳鋼不銹鋼銅合金管子表面的翅片可增大換熱面積23倍。與普通管子有著相同管外徑的低翅管經(jīng)常用作管殼式換熱器的傳熱管。當殼側傳熱系數(shù)低于管側時，使用低翅管較為理想。低翅管也同樣可用在冷凝和沸騰傳熱中。沸騰用傳熱強化管———碳鋼不銹鋼銅合金典型的強化傳熱管即：高熱通量管（UCC）、ThermoexcellE（日立）等。在沸騰傳熱系數(shù)低、溫差?。?0℃）的蒸發(fā)器中，經(jīng)常使用強化傳熱管。上述管子均可提高傳熱系數(shù)10~20倍冷凝用傳熱強化管———碳鋼不銹鋼銅合金典型的強化傳熱管即：槽管、ThermoexcellC（日立）、低翅管等。使用上述管子均可提高傳熱系數(shù)2~5倍。 換熱器選型標準 換熱器類型通過對上述換熱器的類型及應用進行分析，由于本工藝中所處理的物料及所使用的公用工程多屬常用物質，因而選取國家標準系列換熱器。結合工段中物料的溫度、壓力和黏度等特性，本工藝中多選擇浮頭式管殼式換熱器和固定管板式管殼式換熱器。 壓力降管殼式換熱器工作時，增加工藝流體的流速，可相應增加傳熱膜系數(shù)，從而提高總的傳熱系數(shù)，使換熱器結構更加緊湊，因此會導致較小的設備和較少的投資。但流速增加后將相應的增大換熱器的壓力降，從而加劇換熱器的磨蝕和振動破壞等；同時，壓力降的增大也使得換熱器運行過程中的動力消耗增大，從而導致運行費增高。因此，應該在投資和運行費用之間進行一個經(jīng)濟技術比較，換熱器的壓力降可以參考相關的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。表53 換熱器壓力降允許范圍工藝流體的壓力允許的壓力降/MPa真空 管道流速一般來說流體流速在允許壓降范圍內(nèi)應盡量選高一些，以便獲得較大的換熱系數(shù)和較小污垢沉積，但流速過大會造成腐蝕并發(fā)生管子振動，而流速過小則管內(nèi)易結垢?？梢詤⒖枷嚓P的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 流體溫度（1）冷卻水的出口溫度不宜高于60℃，以免結垢嚴重。高溫端的溫差不應小于20℃，低溫端的溫差不應小于0℃。當在兩工藝物流之間進行換熱時，低溫端的溫差不應小于20℃（2）當在采用多管程、單殼程的管殼式換熱器，并用水作為冷卻劑時，冷卻水的出口溫度不應高于工藝物流的出口溫度。（3）在冷卻或者冷凝工藝物流時，冷卻劑的入口溫度應高于工藝物流中易結凍組分的冰點，一般高5℃。（4）當冷凝帶有惰性氣體的工藝物料時，冷卻劑的出口溫度應低于工藝物料的露點，一般低5℃。（5）為防止異丙醇產(chǎn)生水合物，堵塞換熱管，被加熱工藝物料出口溫度必須高于其水合物露點(或冰點)，一般高5~10℃。（6）在冷卻反應物時，為了控制反應，應維持反應流體和冷卻劑之間的溫差不小于10℃。（7） 換熱器的設計溫度應高于最大操作溫度，一般高10℃~30℃。 管殼程流體介質安排原則（1）當兩流體溫差大，高溫流體一般走管程。可以節(jié)省保溫層和減少殼體厚度；有時為了便于高溫流體的散熱，也可以使高溫流體走殼程，為了保證操作人員的安全，需設置保溫層。（2）較高壓力的流體走管程，以減少殼體厚度。（3）腐蝕性較強的流體宜走管程，以節(jié)省耐腐蝕材料。（4）較臟和易結垢的流體盡可能走管程，以便于清洗和控制結垢。如必須走殼程，則應該采取正方形排列，并采取可拆式（浮頭式、填料函式、U型管式）的換熱器。（5）粘度較大的流體應該走管程，以得到較高的傳熱系數(shù)。（6）流量較小的流體應該走殼程。易使流體形成湍流狀態(tài)，從而增加傳熱系數(shù)。 換熱器主要零部件216。 管徑管子的尺寸和形狀對傳熱系數(shù)有很大影響。采用小管徑時，換熱器單位體積的換熱面積較大，設備較緊湊，單位換熱面積的金屬消耗量少，傳熱系數(shù)也高。據(jù)估算，將同樣直徑換熱器中的換熱器由Φ25mm 改為Φ19mm，其傳熱面積可增加40%左右，節(jié)約20%金屬以上；但增加了制造難度，且小管子容易結垢，不易清洗。表54 換熱管常用直徑規(guī)格碳素鋼、低合金鋼不銹鋼216。 排列形式換熱管在管板上的排列方式主要有正三角形、正方形和轉角正三角形、轉角正方形。正三角形排列形式最為普遍，由于管距都相等，可以在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)。但因管外不易清洗，其適用場合受到限制，主要適用于殼程介質污垢少，且不需要進行機械清洗的場合。而采用正方形和轉角正方形排列的管束，能夠使管間小橋形成一條直線通道，便于管外機械清洗。216。 管間中心距換熱管中心要保證管子與管板連接時，管橋有足夠的強度和剛度。管間需要清洗時還要留有進行清洗的通道。 倍的換熱管外徑，常用的換熱管中心距如表55 所示。表55 常用換熱管中心距換熱管外徑/mm1214192532384557換熱管中心距/mm1619253240485772216。 封頭和管箱及殼體形式封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。（1）封頭：當殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。（2）管箱和殼體：殼徑較大的換熱器大多采用管箱結構。管箱具有一個可拆蓋板，因此在檢修或清洗管子時無須卸下管箱。常見的前端管箱形式有：A 型（平蓋管箱）、B 型（封頭管箱）、C 型（用于可拆管束與管板制成一體的管箱）、N 型（與管板制成一體的固定管板管箱）、D型（特殊高壓管箱）；后端管箱形式有：L 型（與A 相似的固定管板結構）、M型（與B 相似的固定管板結構）、N 型（與C 相似的固定管板結構）、P 型（填料函式浮頭）、S 型（鉤圈式浮頭）、T 型（可抽式浮頭）、U 型（U 型管束）、W 型（帶套環(huán)填料函式浮頭）；殼體形式:E 型（單程殼體）、Q 型（單進單出冷凝器殼體）、F 型（具有縱向隔板的雙程殼體）、G 型（分流）、H 型（雙分流）、I 型(U型管式換熱器)、J 型（無隔板分流或冷凝器殼體）、K 型（釜式再沸器）、O 型（外導流）。（3）分程隔板：當需要的換熱面積很大時，可采用多管程換熱器。對于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應設分程隔板，將管數(shù)分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質流速，增強傳熱。管程多者可達16 程，常用的有6 程，其布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。216。 換熱面積及余量有些物料所需的換熱面積大，采用多個換熱器并聯(lián)，而不采用串聯(lián)，避免壓力降過高，影響傳熱系數(shù)。對于工藝物流間的換熱，留有40～70%的余量；對于工藝物流與公用工程間的換熱，留有10～35%的余量；對于操作相對穩(wěn)定的換熱留有余量可相對較少。216。 密封條數(shù)按照換熱器設計建議，每五排管設置一對密封條。216。 折流板折流板數(shù)目和間距按照《化工工藝設計手冊》的推薦值設定。如表56和表57所示表56 折流板間距常用數(shù)值公稱直徑DN管長折流板間距50030001002003004506004500～6000600～8001500～6000150200300450600900～130060002003004506007500～90007501400～160060002003004506007507500～90001700～18006000～9000450600750表57 折流板數(shù)目DN/mm數(shù)量/對50015001000210003 換熱器的命名 管殼式換熱器換熱器選型是按照GB1511999《管殼式換熱器》標準上的標準管殼式冷卻器系列進行換熱器的選型。該系列中，各符號表示的意義示例說明如下：其中：（1）第一個代表前端管箱形式（2）第二個 代表殼體形式（3）第二個 代表后端管箱形式（4）代表公稱直徑（5）代表管/殼程壓力（6）代表換熱面積（7） 代表換熱管公稱長度/外徑（8） 代表管程數(shù)/殼程數(shù)（9）代表采用較高級冷拔鋼管；代表采用普通級冷拔鋼管 空冷器命名國家標準表示空冷器型號的表示方法如圖52所示。圖52空冷器型號的表示方法 換熱器設計 軟水預熱器換熱器的作用是使用冷卻水來對號物流進行升溫，經(jīng)Aspen Plus 模擬以及查閱相關資料后得到兩物流的操作參數(shù)，如下表58所示。表58 操作參數(shù)項目冷物流（殼程）熱物流（管程）質量流量（Kg/h1）進口溫度（℃）20200出口溫度（℃）130密度ρ（）比熱Cp（.℃1）導熱系數(shù)l( .℃1)粘度m()104104估算傳熱面積（1）計算熱流量(2)計算對數(shù)平均溫度差℃冷卻水用量（3）計算傳熱面積查閱化工工藝手冊后取總傳熱系數(shù)則傳熱面積設裕度為，則傳熱面積為工藝結構尺寸(1)管徑和管內(nèi)流速選用穿熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速(2)管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)穿熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)查《換熱器》書，取換熱管數(shù)為35根按單程管計算，所需的傳熱管長度為按單程管設計，采用單管程結構?，F(xiàn)取穿熱管長,則該換熱器管程數(shù)為傳熱總根數(shù)（3）平均傳熱溫差平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程結構，溫差校正系數(shù)查有關圖表，取℃(4)傳熱管排列和分程方程方法采用組合排列法，即每個程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距圓整到（5）橫過管束中心線的管數(shù)