列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.4 列管換熱器設(shè)計(jì)示例某生產(chǎn)過程中，需將6000 kg/h的油從140冷卻至40，壓力為0.3MPa；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水入口溫度30，出口溫度為40。試設(shè)計(jì)一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。1確定設(shè)計(jì)方案（1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140，出口溫度40冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。（2）流動空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/。2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為()管程流體的定性溫度為()根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 o=825 kg/m3定壓比熱容 cpo=2.22 kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) o=0.140 W/(m)粘度 o=0.000715 Pas循環(huán)冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)：密度 i=994 kg/m3定壓比熱容 cpi=4.08 kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.626 W/(m)粘度 i=0.000725 Pas3計(jì)算總傳熱系數(shù)（1）熱流量Qo=Wocpoto=60002.22(140-40)=1.32106kJ/h=366.7(kW)（2）平均傳熱溫差()（3）冷卻水用量(kg/h)（4）總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)W/(m)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)o=290 W/(m2)；污垢熱阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/(m)=219.5 W/(m)4計(jì)算傳熱面積(m2)考慮 15的面積裕度，S=1.15S=1.1542.8=49.2(m2)。5工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s。（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為(m)按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器管程數(shù)為(管程)傳熱管總根數(shù) N=582=116(根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)第2章 換熱器設(shè)計(jì)按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。但R=10的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得t=0.82平均傳熱溫差tm=ttm=0.8239=32()（4）傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，則t=1.2525=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(shù)(根)（5）殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率0.7，則殼體內(nèi)徑為(mm)圓整可取D450mm（6）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25，則切去的圓缺高度為h0.25450112.5(mm)，故可取h110 mm。取折流板間距B0.3D，則B0.3450135(mm)，可取B為150。折流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=6000/150-1=39(塊)折流板圓缺面水平裝配。（7）接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為 u1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50 mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為6換熱器核算（1）熱量核算殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式當(dāng)量直徑，由正三角形排列得(m)殼程流通截面積(m)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)粘度校正 W/(m2)管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積(m2)管程流體流速普蘭特準(zhǔn)數(shù)W/(m2)傳熱系數(shù)K=310.2 W/(m)傳熱面積S(m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp( m2)該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（2）換熱器內(nèi)流體的流動阻力管程流動阻力Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re13628，傳熱管相對粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.037 W/m，流速ui0.497 m/s，994 kg/m3，所以管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力Po=(P1+P2)FtNsNsl，F(xiàn)tl流體流經(jīng)管束的阻力流體流過折流板缺口的阻力總阻力Po1202636.21838.2(Pa)10 kPa殼程流動阻力也比較適宜。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表2-13。