1.5　傳熱設備設計的一般考慮

（1）傳熱設備設計的基本要求

設計傳熱設備時，最基本的要求是：

①熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。在一定的熱負荷下，也即每小時要求傳遞熱量一定時，傳熱效率（通常用傳熱系數表示）越高，需要的傳熱面積越小。當然是指在相同的傳熱溫度差下作比較。

②換熱器的結構能適應所規定的工藝操作條件，運轉安全可靠，嚴密不漏，清洗、檢修方便，流體阻力小。

③要求價格便宜，維護容易，使用時間長。

在現代過程工業中所使用的換熱設備往往需要頻繁的清洗和檢修，停車的時間多，造成的經濟損失有時會比換熱器的價格更大，因此，如果換熱器能夠設計得合理，可以保證連續運轉的時間長，同時能減少功率消耗，則換熱器本身價格雖然略高一些，但總的經濟核算也可能是有利的。

（2）終端溫差

傳熱設備的終端溫差通常是由工藝過程的需要而決定的。當換熱的最終溫度可以選擇時，其數值對換熱器是否經濟合理有很大的影響。因為它關系到傳熱設備的傳熱效率，所以選擇時應多方面考慮。適當的換熱器終端溫差一般可參考下列推薦的范圍。

①熱端的溫差應該在20℃以上；

②用水或其他冷卻介質冷卻時，冷端溫差可以小一些，但一般不低于5℃；

③當冷卻或冷凝工藝流體時，冷卻劑的進口溫度應該比流體中最高結冰組分的冰點要高5℃以上，以免在傳熱壁面上結冰；

④空冷器的最小溫差不小于20℃；

⑤對含有惰性組分的流體冷凝時，冷卻劑的出口溫度至少要比冷凝組分的露點溫度低5℃。

（3）流速

提高流速以增加流體的湍流程度，可以提高傳熱效率，同時也可以減輕污垢沉積，從而延長使用的周期。但流速過大，也會導致傳熱設備的磨蝕和產生振動，影響使用壽命；此外，功耗也將隨流速增大而增加，在能量消耗上是不利的。

（4）壓力降

換熱器壓力降的大小關系到換熱器面積和操作費用的多少。

（5）傳熱總系數

傳熱面兩側的對流傳熱系數如果差別很大時，則較小一側成為控制傳熱的主要方面。設計換熱器時，應盡量增大較小一側的對流傳熱系數，最好使兩側的對流傳熱系數值大體相當，這樣比較有利。

增加對流傳熱系數的方法有以下幾個。

縮小通路截面積，以增大流速；在通路內增設擋板或促進湍流的插入物，以提高湍流程度；在管壁上加翅片，不僅為了提高湍流程度，同時也增加了傳熱面積；用強化傳熱表面，如各種形狀的溝槽表面，或是有多孔性的表面，這對于冷凝、沸騰等有相變化的傳熱過程而言，可以獲得相當大的對流傳熱系數。

（6）污垢系數

換熱器在使用期間，在壁面生成污垢，這是經常遇到的實際問題。結垢速度和工作介質的物性、操作溫度以及流速大小有關。降低污垢系數的主要途徑有：改進水質（冷卻側）；消除通道內可能產生有局部旋渦的死區；增加流速；避免局部溫度過高等。

（7）結構標準

換熱器設計應盡量選用標準設計，型式和結構材料，避免用特殊的機械規格，以減少造價，同時也便于維修和更換部件。

增大換熱器的管長和適當地縮小管徑可以降低單位傳熱面的造價。對于腐蝕性強的工藝介質而言，為了避免部件使用壽命過短，維修過于頻繁，在設計時可以適當增加管子和其他部件的厚度。在這種情況下，往往不能采用標準設計，而需加以修改。