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管壳式换热器设计所需考虑的因素

换热设备的类型很多，对每种特定的传热工况，通过优化选型都会得到一种的设备型号，如果将这个型号的设备使用到其他工况，则传热的效果可能有很大的改变。管壳式换热器类型浮头换热器结构：两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。因此，针对具体工况选择换热器类型，是很重要和复杂的工作。对管壳式换热器的设计，有以下因素值得考虑。

流速的选择

流速是换热器设计的重要变量，提高流速则提高传热系数，同时压力降与功耗也会随之增加，如果采用泵送流体，应考虑将压力降尽量消耗在换热器上而不是调节阀上，这样可依靠提高流速来提高传热效果。

采用较高的流速有两个好处：一是提高总传热系数，从而减小换热面积；二是减少在管子表面生成污垢的可能性。但是也相应的增加了阻力和动力的消耗，所以需要进行经济比较才能后确定适宜的流速。

此外在选择流速上，还必须考虑结构上的要求。为了避免设备的严重磨损，所算出的流速不应超过允许的经验流速。

换热终温的确定

换热终温一般由工艺过程的需要确定。当换热终温可以选择时，其数值对换热器是否经济合理有很大的影响。在热流体出口温度与冷流体出口温度相等的情况下，热量利用效率，但是有效传热温差，换热面积。

另外，在确定物流出口温度时，不希望出现温度交叉现象，即热流体出口温度低于冷流体出口温度。

设备结构的选择

对于一定的工艺条件，首先应确定设备的形式，例如选择固定管板形式还是浮头形式等。参照下表1-7.

在换热器设计过程中，强化传热总的目标概括有：在给定换热量下减少换热器的尺寸；提高现有换热器的性能；减小流动工质的温差；或者降低泵的功率。

传热过程是指两种流体通过硬设备的壁面进行热交换的过程，按照流体的传热方式基本上可以分为无相变和有相变两种类型。无相变过程强化传热技术的研究，一般依据控制热阻侧而采取相应的措施：

如采用扩展管内或者管外表面；采用管内插***；改变管束支撑件形式；加入不互溶的低沸点添加剂等方法，以增强传热效果。

管壳式换热器

管板

根据管板与管箱、壳体的连接结构，管板可分为：

a) 延长部分兼作法兰的固定管板。

b) 不兼作法兰，且与壳程、管程筒体焊成一体的固定管板。

根据管板的使用功能（用途），管板分为：

a) 固定管板换热器的固定管板；

b) 浮头换热器的固定管板和浮动式管板；

c) U 形管式换热器的固定管板；

d) 板换热器的板；

e) 薄管板。

换热器用膨胀节的型式

换热管的排列形式

换热管标准的排列形式见图

a） 三角形

三角形排列（包括正三角形排列和转角三角形排列）是为普遍的排列形式，特别是用在壳程介质较清洁，换热管外不需要清洗的固定管板换热器中。

b） 正方形排列

正方形排列一般多用于需对换热管外进行清洗的浮头换热器和U 形管换热器中。

c） 正三角形排列和转角正方形排列（见图a、d），在传热上称为错列，介质流动时可形成湍流，对传热有利。而转角三角形和正方形排列（见图b、c）在传热上称为直列，介质流动时有一部分是层流，对传热有不利影响。

因此，对于无相变的换热器，因其传热与介质流动状态关系较大。故宜采用正三角形或转角正方形排列。对于有相变的冷凝器，因为传热与介质的流动关系较小，仅与管壁凝液流动方向的关系较大，一般可采用转角三角形和正方形排列。