对于初步的中试装置布局，应将换热器的安装总长度乘以最大安装宽度，然后加上其周围所需的操作通道和维护净空。换热器外廓尺寸由所需传热面积、管子数量、壳体直径、管长、封头、支座和接管等因素确定。在简单的卧式布置中，仅设备本体的占地面积约等于包含支座在内的壳体外径乘以端到端总长度。
占地面积不能仅根据管长确定。应先完成热工管束尺寸设计，将管束几何尺寸转换为壳体直径，确定完整的设备外廓，然后为操作、检查、管束抽出、配管和维护预留额外空间。
从所需传热面积开始
确定热工设计面积
所需传热面积（A required）根据工艺负荷和选定的总传热系数确定：
[ A_{\text{required}} = \frac{Q}{U F \Delta T_{\text{lm}}} ]
其中，(Q) 为热负荷，(U) 为总传热系数，(F) 为温差计算方法所需的修正系数，(\Delta T_{\text{lm}}) 为对数平均温差。
在进行管子数量计算之前，布局工作应纳入规定的设计裕量。该裕量应依据项目设计基础确定，而不应不加区别地假定，因为过大的传热面积会增加设备尺寸、重量和成本。
计算管子数量
单根管子的有效外侧传热面积约为：
[ A_{\text{tube}} = \pi d_o L_{\text{active}} ]
因此：
[ N_t = \frac{A_{\text{required}}} {\pi d_o L_{\text{active}}} ]
其中，(d_o) 为管子外径，(L_{\text{active}}) 为有效管长。
计算结果必须向上取整为可行的管子数量。所选管数还取决于管程数、管板布置、允许压降、流速以及制造商的标准管束几何尺寸。
将管子数量转换为壳体直径
选择管子排列方式
管子布置既会影响壳体直径，也会影响换热器的可维护性。
- 三角形管间距通常可形成紧凑的管束和较高的表面积密度。
- 正方形管间距可为管间机械清洗提供更好的通道。
- 管间距通常选取接近(1.25d_o)的数值，但还需满足机械、制造、振动和清洗要求。
常见的初步管子外径约为(3/4)英寸和1英寸。对于需要重视清洗通道的易结垢或高黏度介质，也可选用更大直径的管子。
估算管束直径
管束直径（D_b）由管子数量、管子外径、管间距、排列方式和管程数确定。在初步尺寸设计中，可以使用标准管束数量关联式或制造商数据表。
一种关联式将管子数量表示为以下参数的函数：
[ C = \frac{D_b}{d_o} - 36 ]
例如，单管程估算式为：
[ N_t = 1298 + 74.86C + 1.283C^2
- 0.0078C^3 - 0.0006C^4 ]
对于两管程、四管程和六管程布置，应使用不同的系数。这些关联式适用于初步估算，但最终壳体直径应由详细的机械设计或供应商图纸确定。
考虑壳体和制造净空
壳体内径必须大于管束直径。由于壳壁厚度、保温层、包覆层、外部附件和制造公差，壳体外径还会进一步增大。
对于初步布局：
[ D_{\text{shell,OD}} \approx D_b + 2(\text{管束与壳体之间的净空})
- 2(\text{壳壁厚度}) ]
该表达式仅用于布局近似。实际壳体直径必须考虑折流板、拉杆、管板结构、分程隔板、差胀以及适用的机械设计规范。
确定设备总长度
包含有效管长
有效管长是实际参与传热的管段长度。初始设计可以采用标准换热器管长，但中试装置通常会受到可用地面空间、运输、通道和模块化建造等因素的限制。
壳体长度不一定等于管长。管板、通道封头、盖板、膨胀节、折流板间距和接管伸出部分都会增加端到端尺寸。
增加封头和端部净空
实用的初步表达式为：
[ L_{\text{overall}} = L_{\text{active}}
- L_{\text{front head}}
- L_{\text{rear head}}
- L_{\text{nozzle and cover projections}} ]
如果只有简单估算数据，可以将封头余量表示为添加到有效管长两端的端部净空。对于实际布局，应使用初步设备图纸中的换热器总尺寸，而不是依赖通用余量。
设备方向会产生影响。卧式换热器通常具有较长的矩形平面占地，而立式换热器可能占用较小的地面面积，但需要更大的垂直净空和维护区域。
计算设备本体占地面积
使用安装后的最大尺寸
对于卧式换热器，基本设备外廓可估算为：
[ A_{\text{equipment}} = L_{\text{overall}} \times W_{\text{installed}} ]
其中，(W_{\text{installed}}) 为最大水平宽度，不一定等于裸壳体直径。
第一步近似为：
[ W_{\text{installed}} = D_{\text{shell,OD}}
- 2(\text{支座或鞍座伸出部分}) ]
应取壳体直径、鞍座宽度、通道封头宽度、法兰伸出部分或其他永久性外部部件中的较大值。
增加布局和维护区域
地面预留空间应大于钢制设备外廓：
[ A_{\text{allocated}} = (L_{\text{overall}} + 2C_L) (W_{\text{installed}} + 2C_W) ]
其中，(C_L) 和 (C_W) 为项目特定的净空，用于通道、检查、阀门、保温、配管和维护。
这些净空不是通用的固定常数。应根据工厂布局标准、设备供应商、维护方式以及所需的管束抽出路径确定。
实用的初步计算
示例尺寸设计基础
假设初步设计得到以下数据：
- 有效管长：(8)英尺
- 管束直径：(18)英寸
- 壳体外径：(20)英寸
- 增加封头和伸出部分后的换热器总长度：(10)英尺
- 支座超出壳体的伸出部分：总计(4)英寸
- 布局净空：两端各(2)英尺，两侧各(2)英尺
安装宽度约为：
[ W_{\text{installed}} = 20\text{ in} + 4\text{ in} = 24\text{ in} = 2\text{ ft} ]
因此，设备本体占地面积为：
[ A_{\text{equipment}} = 10\text{ ft} \times 2\text{ ft} = 20\text{ ft}^2 ]
初步分配的地面面积为：
[ A_{\text{allocated}} = (10 + 2 + 2)(2 + 2 + 2) = 14 \times 6 = 84\text{ ft}^2 ]
(20\text{ ft}^2)表示实际设备外廓。(84\text{ ft}^2)则是在上述通道区域条件下，卧式设备更为实际的规划预留面积。
考虑会改变占地面积的特征
包含支座和外部伸出部分
鞍座、支腿、底座、保温层、吊耳、通道盖、法兰和接管都可能决定实际平面尺寸。用于布局的宽度和长度应以最大的永久性伸出部分为准。
预留管束抽出空间
可拆卸管束可能需要在换热器一端之外设置直线抽出路径。该路径可能远长于换热器封头净空，并且需要避免被其他设备或永久性管道阻挡。
虽然该维护区域不属于换热器钢制设备的占地面积，但它是中试装置功能空间分配的一部分。
考虑配管和操作人员通道
接管方向和配管布置可能形成比容器本体更大的占地面积。应为切断阀、仪表、排液口、放空口、保温层以及操作人员通道预留空间。
了解各种权衡关系
较短的换热器可能需要更大的直径
如果在热负荷保持不变的情况下缩短管长，则需要增加管子数量：
[ N_t \propto \frac{1}{L_{\text{active}}} ]
由此形成的管束和壳体直径可能增大。也可以增加管程数或折流板，以维持流速和传热性能，但这些变化可能增加压降、重量和成本。
紧凑性可能降低可清洗性
三角形管间距通常可形成更小的壳体直径和更高的面积密度。但是，当壳程侧管壁需要外部机械清洗时，其适用性较差。
正方形管间距可能增大换热器直径，但能提供更实用的维护通道。
热工尺寸并不能决定全部空间需求
较小的壳体直径并不意味着安装空间一定较小。封头、接管、支座、电气或仪表通道、配管、保温层和管束抽出空间都可能成为分配面积的主要决定因素。
初步关联式存在局限
管子数量关联式可用于早期估算，但不能替代供应商外形图或机械设计。最终布局应依据经确认的尺寸、可拆卸部件路径、支座载荷以及适用的压力容器和换热器标准确定。
根据目标做出正确选择
利用热工尺寸设计确定换热器外廓，再利用机械和维护要求确定实际的中试装置空间分配。
- 如果主要关注初步工艺布局：将安装总长度乘以最大安装宽度，然后增加保守的通道和配管净空。
- 如果主要关注设备采购：明确所需传热面积、管径、管长、排列方式、管程布置和允许压降，然后获取供应商的外形图及维护尺寸。
- 如果主要关注紧凑型中试装置：应谨慎评估较短管长和增加管程，因为缩短管长可能增大壳体直径、压降、重量和成本。
- 如果主要关注可维护性：应预留完整的管束抽出路径，并选择与预期清洗方法相匹配的管子排列方式。
- 如果主要关注最终设施设计：应采用换热器的最大永久性尺寸、接管方向、支座几何尺寸、保温层、配管和维护外廓，而不是裸壳体尺寸。
可靠的占地面积估算应综合考虑热工尺寸设计、机械外廓尺寸，以及安全操作和维护换热器所需的净空。
汇总表：
| 规划步骤 | 需要计算或包含的内容 | 重要性 |
|---|---|---|
| 热工尺寸设计 | 热负荷、总传热系数、对数平均温差、设计裕量和所需传热面积 | 确定换热器尺寸 |
| 管束 | 管子数量、直径、长度、管间距、排列方式和管程数 | 确定管束直径和壳体尺寸 |
| 设备外廓 | 壳体外径、封头、支座、接管、法兰、保温层和伸出部分 | 确定安装长度和宽度 |
| 设备占地面积 | 安装总长度 x 最大安装宽度 | 表示实际设备占用的面积 |
| 分配的地面面积 | 设备外廓加上通道、配管、操作和检查净空 | 支持安全操作和布局规划 |
| 维护区域 | 管束抽出路径和无障碍维护空间 | 确保检查和维护通道 |
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