现在换热器的计算都是通过计算机，仅仅希望通过以下计算让大家对换热器的计算有个直观的认识！
管式换热器的优化设计
谢涛
摘要：提出了在设计列管式换热器时的整体优化、简化设计的计算步骤过程，从而可使设计者便于计算，以获适宜或{zj0}设计.
关键词：列管式换热器；整体设计；优化；简化分类号：O6-04文献标识码：A The Optimal Design of the Shell and Tube Heat Exchanger XIE Tao
(Dept.of Chemistry and Chemical Enigineering,Guangxi University for Nationalities,Guangxi Nanning，530006 China)
Abstract：The author introduces amethod of how to optimize and how to simplify the entire design of shell and tube heat exchanger So as to simplify the calculation and achieve asuitable or optimum design.
Key Words：Shell and tube heat exchanger；Entire design；Optimization；Simplicity 0引言列管式换热器是一种结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广的换热器.因此在、化工生产中，尤其是高温高压等大型换热器的主要结构形式.目前，对于换热器的主要集中在异形换热管传热性能等方面，对于换热器的整体优化，简化设计少见报道.
1列管式换热器设计步骤及计算1.1工艺计算列管式换热器的设计，首先要根据生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热的传热面积，同时选择管径、管长、决定管数、管程数和壳程数.
1.1.1换热器初步设计
①传热量Q=W.Cp.(T1-T2)
②有效传热温差△T、对数平均温差△tm
假定换热器的壳程数为1，管程数为NB，计算并查取其温差修正系数Ft，则△T=Ft.△tm
③根据换热剂性质和工艺条件，设总传热系数K′，所需的换热面积A 1.1.2传热管因为换热管的换热是依靠传热管构成传热面来进行.所以管子的尺寸、形状对传热有很大影响.同时，管子的大小，管子的排列对污垢非常重要.
①通常采用光管或低翅片管，规格为Φ19×2和Φ25×2.5
②传热管根数
③确定管子排列方式和管间距a
④管子材料由流体化学性质和工艺设计条件如压力、温度等确定
1.2换热器的机械设计
1.2.1壳体直径Di和厚度S的计算
1.2.2壳体材料可根据物料性质、操作压力、温度来确定.
1.2.3换热器封头的选择采用标准封头，根据JB1154-73选择
1.2.4容器法兰选择根据JB1160-82标准选择
1.2.5管板尺寸由《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》计算、选定.
1.2.6管子拉脱力的计算对于胀接接头，由于流体压力，及管壳壁温差应力的联合作用，使得在接头处产生使管子与管板有脱离倾向的拉脱力q.若管子与管板为焊接接头，则不需校核拉脱力.
1.2.7温差应力的计算对于固定管板式换热器，因为温差应力较大，通常需要计算、校核温差应力，进而判断是否需要设置膨胀节.
①温差轴向力
②温差应力
σt=F/At
σs=F/As 1.2.8折流板在中设置折流板，可提高壳程内流体的流速和加强湍流强度，从而提高传热效率，是强化传热的一种结构.
常用圆缺形折流板.
根据经验，折流板间的间隔不大于壳体内径，最小为壳内径的板间距太大湍流强度会不够，太小则增加了流动阻力.
1.3管、壳程压降的计算根据初定的换热器，计算管、壳程的压降、检验其结果是否合理，否则需要重新调整管程数和折流板间距.
1.3.1壳程压降△Po 1.3.2管程压降△Pi 1.4总传热系数在初步确定换热器的结构和尺寸后，要计算总传热系数K，比较初设的总传热系数K′，当K/K′=1.5~1.25，则初选的换热器合适，否则需要重复设计.
①管程对流传热系数αi
可根据管内流体的流型选择相应的计算公式
αi=f(Re,Pr)
②壳程对流传系数αo.
Donohue法
③总传热系数
对于间壁、污垢层热阻，可视它们对K的影响占5%，所以
2实例设计2.1欲用水将为60m3/h的苯液从80℃冷至35℃，水入口温度为25℃，若出口温度分别为30℃、35℃、40℃设计相应适宜的换热器.(壳程走苯，管程走水)
物性：ρ(kg/m3)Cp(KJ/Kg℃)μ(mPa.s)λ(KJ/m2.℃)
苯：880 1.60 1.15 0.148
水：994 4.187 0.727 0.626
设计结果均采用固定管扳式换热器(无需膨胀节)
出口温度(℃)30 35 40 Dg(mm)700 800 900 S(mm)7 89 A(m2)133.6 160 217.9 L(m)6 66 N(根)284 340 463 NB(块)12 17 24
板间距(m)0.5 0.35 0.25
管子(mm)Φ25×2.5Φ25×2.5Φ25×2.5
管子排列正三角正三角正三角管子中心矩(mm)32 32 32
总传热系数(w/m2.t 421 423 404
壳程压降(Pa)4.43×103 2.07×103 1.2×104
管程压降(Pa)1.55×103 8.45×103 0.41×103 2.2讨论从设计结果可看出，冷却水出口温度不同，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为水出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要.
3结论本文提出的换热器的设计，在工艺设计上考虑了传热系数、管壳程压降等对换热器设计的影响，同时在机械设计上进行了部分筒化计算.虽然所列公式繁多，但运用计算机编程计算，将简便易行，能满足设计要求