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1.3 管壳式换热器特殊结构
包括有双壳程结构、螺旋折流板、双管板等特殊结构，这些结构将使换热器拥有更高的工作效率。
（1） 双壳程结构：在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封
片阻挡物流内漏，形成双壳程结构。适用场合：①管程流量大壳程流量
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小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高1～1.2倍；②冷热流体温度交叉时，但壳程换热器需要两台以上才能实现传热，用一台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可以得到较大的传热温差。
（2） 螺旋折流板式换热器：螺旋折流板可以防止死区和返混，压降较小。物
流通过这种结构换热器时存在明显的径向变化，故不适用于有高热效率要求的场合。
（3） 双管板结构：在普通结构的管板处增加一个管板，形成的双管板结构用
于收集泄漏介质，防止两程介质混合。
1.4 换热管简介
换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的新效的换热管有以下几种：
（1） 螺纹管：又称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻
1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大、腐蚀易结垢物料的换热。 （2） T形翅片管：用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数
提高1.6～3.3倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。
（3） 表面多孔管：该管为光管表面形成一层多孔性金属敷层，该敷层上密布
的小孔能形成许多汽化中心，强化沸腾传热。
（4） 螺旋槽纹管：可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体
顺槽旋流，另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。
（5） 波纹管：为挤压成型的不锈钢薄壁波纹管，管内、管外都有强化传热的
作用，但波纹管换热器承压能力不高，管心距大而排管少，壳程短而不易控制。
管壳式换热器的应用已经有悠久的历史，而且管壳式换热器被当作一中传统的标准的换热设备在很多工业部门中大量使用。尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位，因此本次毕业设计特针对这类换热器中的浮头式换热器的工艺设计以及结构设计进行介绍。
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第二章 工艺计算
在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需要的传热面积。工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述：
2.1 设计条件
表2-1 油品与原油的操作参数 原 油 油 品 设计压力 进口温度出口温度流 量 进口温度 出口温度 流 量 （Mpa） （°C） （°C） （kg/s） （°C） （°C） （kg/s） 69 101 26.50 300 100 6.44 2.5
表2-2 油品与原油的物性参数
名称 平均温度（℃） 比热kJ/kg2k 3.165 2.587 导热系数W/（m2k） 0.140 0.114 密度 kg/ m3 805 918 粘度（*10-3）Pa2S 8.10 0.920 热阻（*10-3）㎡2K/w 0.52 0.52 原油 油品 85 200 2.2 核算换热器传热面积
2.2.1 流动空间的确定
选择被冷却的油品走壳程，被加热的原油走管程。这管程：原油 是因为：被冷却的流体走壳程可便于散热，而传热系数大壳程：油品 的流体应走管程，这样可降低管壁的温差，减少热应力， 同时对于浮头式换热器，一般是将易结垢流体流经管程。 2.2.2 初算换热器传热面积A' 2.2.2.1 传热计算（热负荷计算）
热负荷：Q?mccpc(Tco?Tci)?mhcph(Thi?Tho) 式中：mc,mh——冷热流体的质量流量，kg/s；
cpc,cph——冷热流体的定压比热，J/(kg2k)；
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Tci,Tco——冷流体的进、出口温度，k； Thi,Tho——热流体的进、出口温度，k。
理论上，Qc=Qh，实际上由于热量损失，Qc≠Qh，通 常热负荷应该取max（Qc，Qh）。
Qc?mccpc(Tco?Tci)?26.5?3.165?(101?69)?2683.9KWQc?2683.9KW
Q=3332.1KW Qh?mhcph(Thi?Tho) = 6.44?2.587?(300-100)=3332.1KW； h 故Q?3332.1KW。
2.2.2.2 有效平均温差?t的计算
选取逆流流向，这是因为逆流比并流的传热效率高。其中?t1为较小的温度差，?t2为较大的温度差。
?t1?100?69?31oC;'mQ?3332.1KW
?t1?31oC?t2?199oC
?t2?300?101?199oC;
?t1?2，故采用对数平均温度差，则 ?t2因为
'?tm?91.4℃
?t??t1199?31?t?2??91.4℃;
?t2199lnln31?t1'm
2.2.2.3 按经验值初选总传热系数K估 查表选得K估=180W/（㎡﹒℃）； 2.2.2.4 初算出所需的传热面积A'
K估=180W/（㎡﹒℃）
A'?202.5m2
Q3332.1?103A???202.5m2； 'K估?tm180?91.4'考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的
因素，应使所选用的换热器具有换热面积A0留有裕度
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10%-25%，故有A?1.2A'?1.2*202.5?243m2，根据A查选
A?243m2
型手册，可选换热器的型式为：BES-2.5-85-6/25-4-Ⅱ，且 为达到所需换热面积，应采用三台同类换热器串联。
所选浮头式换热器的规格参数以及其工艺计算常用参 数可参考表2-3与表2-4（附第二章后）。 2.2.3 总传热系数K的校验
管壳式换热换热器面积是以传热管外表面为基准，则 在利用关联式计算总传热系数也应以管外表面积为基准， 因此总传热系数K的计算公式如下：
bdododo11??Rso??Rsi? KαOλwdmdiαidi 式中：K——总传热系数，W/（㎡﹒K）；
αi、αO——分别为管程和壳程流体的传热膜系数， W/（㎡﹒K）；
Rsi、Rso——分别为管程和壳程的污垢热阻，㎡2K/w；
di、do、dm——分别是传热管内径、外径及平均 直径，m；
λw——传热管壁材料导热系数，W/（㎡﹒K）； b——传热管壁厚，m。 2.2.3.1管程流体传热膜系数αi 其计算过程如下： ui?4mc26.5??2.22m/s； ?c?di2805?0.0148diui?i0.02?2.22?805??4413，可知流体处于?38.1?10
ui?2.22m/s
Re?4413
Re??i过渡流状态；
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