1.5　传热设备设计的一般考虑

（1）传热设备设计的基本要求

设计传热设备时，最基本的要求是：

①热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。在一定的热负荷下，也即每小时要求传递热量一定时，传热效率（通常用传热系数表示）越高，需要的传热面积越小。当然是指在相同的传热温度差下作比较。

②换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，严密不漏，清洗、检修方便，流体阻力小。

③要求价格便宜，维护容易，使用时间长。

在现代过程工业中所使用的换热设备往往需要频繁的清洗和检修，停车的时间多，造成的经济损失有时会比换热器的价格更大，因此，如果换热器能够设计得合理，可以保证连续运转的时间长，同时能减少功率消耗，则换热器本身价格虽然略高一些，但总的经济核算也可能是有利的。

（2）终端温差

传热设备的终端温差通常是由工艺过程的需要而决定的。当换热的最终温度可以选择时，其数值对换热器是否经济合理有很大的影响。因为它关系到传热设备的传热效率，所以选择时应多方面考虑。适当的换热器终端温差一般可参考下列推荐的范围。

①热端的温差应该在20℃以上；

②用水或其他冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但一般不低于5℃；

③当冷却或冷凝工艺流体时，冷却剂的进口温度应该比流体中最高结冰组分的冰点要高5℃以上，以免在传热壁面上结冰；

④空冷器的最小温差不小于20℃；

⑤对含有惰性组分的流体冷凝时，冷却剂的出口温度至少要比冷凝组分的露点温度低5℃。

（3）流速

提高流速以增加流体的湍流程度，可以提高传热效率，同时也可以减轻污垢沉积，从而延长使用的周期。但流速过大，也会导致传热设备的磨蚀和产生振动，影响使用寿命；此外，功耗也将随流速增大而增加，在能量消耗上是不利的。

（4）压力降

换热器压力降的大小关系到换热器面积和操作费用的多少。

（5）传热总系数

传热面两侧的对流传热系数如果差别很大时，则较小一侧成为控制传热的主要方面。设计换热器时，应尽量增大较小一侧的对流传热系数，最好使两侧的对流传热系数值大体相当，这样比较有利。

增加对流传热系数的方法有以下几个。

缩小通路截面积，以增大流速；在通路内增设挡板或促进湍流的插入物，以提高湍流程度；在管壁上加翅片，不仅为了提高湍流程度，同时也增加了传热面积；用强化传热表面，如各种形状的沟槽表面，或是有多孔性的表面，这对于冷凝、沸腾等有相变化的传热过程而言，可以获得相当大的对流传热系数。

（6）污垢系数

换热器在使用期间，在壁面生成污垢，这是经常遇到的实际问题。结垢速度和工作介质的物性、操作温度以及流速大小有关。降低污垢系数的主要途径有：改进水质（冷却侧）；消除通道内可能产生有局部旋涡的死区；增加流速；避免局部温度过高等。

（7）结构标准

换热器设计应尽量选用标准设计，型式和结构材料，避免用特殊的机械规格，以减少造价，同时也便于维修和更换部件。

增大换热器的管长和适当地缩小管径可以降低单位传热面的造价。对于腐蚀性强的工艺介质而言，为了避免部件使用寿命过短，维修过于频繁，在设计时可以适当增加管子和其他部件的厚度。在这种情况下，往往不能采用标准设计，而需加以修改。