20萬(wàn)噸列管式換熱器的設(shè)計(jì)

1、20萬(wàn)噸列管式換熱器的設(shè)計(jì)20 萬(wàn)噸列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)摘要換熱器主要是化學(xué)、 石油化學(xué)及石油煉制工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用的熱 量交換設(shè)備，它不僅可以單獨(dú)作為加熱器、冷卻器等使用，而且是一些化工單元操作的 重要附屬設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)秀的換熱器有以下特點(diǎn)：換熱效率高，本身熱阻小，熱慣 性低，靈敏度高，節(jié)省材料和空間，節(jié)省動(dòng)力，流動(dòng)阻力小，噪音低等。仔細(xì)研究了指導(dǎo)教師下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)， 明確了設(shè)計(jì)任務(wù)。 首先通過(guò)查閱資料確定 所要的物性數(shù)據(jù)； 選擇換熱器的類(lèi)型及對(duì)管程進(jìn)行安排， 初步估算傳熱面積并確定換熱 器的面積。其次是對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)已知條件對(duì)殼體的內(nèi)徑、接管、折流 板、

2、管數(shù)、管程數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最后編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)及繪制換熱器設(shè)備圖。欲冷卻二十萬(wàn)噸混合氣， 我采用了 342根 25 2.5mm 換熱管的標(biāo)準(zhǔn)列管換熱器， 換熱面積為 80.54m2，欲度面積為 25% ，經(jīng)過(guò)認(rèn)真多次核算，該換熱是合理的。關(guān)鍵詞： 混合氣 ；換熱器；設(shè)計(jì)目錄1 概述 0. .1.1 換熱器的應(yīng)用 0. .1.2 換熱器的常見(jiàn)類(lèi)型 0. .1.3 新型的換熱器 0. .2 工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. .2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)條件 2.2.2 設(shè)計(jì)方案的確定 2. .2.2.1 換熱器類(lèi)型的選擇 3. .2.2.2 流程安排 3. .2.3 確定物性數(shù)據(jù) 3. .2.4 估算傳熱面積 4.

3、 .2.4.1 熱流量 4. .2.4.2 平均傳熱溫差 5. .2.4.3 傳熱面積 6. .2.4.4 冷卻水用量 6. .2.5 換熱器的選擇 6. .2.5.1 管徑和管內(nèi)流體流速 6.2.5.2 殼程流體流速的選擇 7.2.5.3 管長(zhǎng)及管程數(shù) 7. .2.5.4 標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選擇 8. .2.5.5 主要參數(shù)的核算 9. .2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.2.2.6.1 殼體壁厚 1.2.2.6.2 管箱封頭 1.2.2.6.3 接管 1.2.2.6.4 管箱分程隔板 1.3.2.6.5 折流板 1.3.2.6.6 其它附件 1.3.2.7 換熱器的核算 1.3.2.7.1 傳熱面積核算 1

4、.3.2.7.2 壁溫計(jì)算 1.3.3 結(jié)論 1.6.4 設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論 1.8參考文獻(xiàn) 1.8.1 概述1.1 換熱器的應(yīng)用換熱器是化學(xué)、石油化學(xué)及石油煉制工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用 的熱量交換設(shè)備，它不僅可以單獨(dú)作為加熱器、冷卻器使用，而且是一些化工 單元操作的重要附屬設(shè)備，通常在工廠的建設(shè)中換熱器投資比例為11%，在煉油廠中高達(dá) 40% 。1.2 換熱器的常見(jiàn)類(lèi)型由于工業(yè)生產(chǎn)中所用換熱器的目的和要求各不相同，換熱設(shè)備的類(lèi)型也多 種多樣。按換熱器設(shè)備的傳熱方式劃分主要有直接接觸式、蓄熱式和間壁式三 類(lèi)。雖然直接接觸式和蓄熱式換熱設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易等特點(diǎn)，但由

5、于在換熱過(guò)程中，有高溫流體和低溫流體相互混合或部分混合，使其在應(yīng)用上 受到限制。因此工業(yè)上所用換熱設(shè)備以間壁式換熱器居多。間壁式換熱器從結(jié) 構(gòu)上大致可分為管式混熱器和板式換熱器。管式換熱器主要包括蛇管、套管和 列管式換熱器；板式換熱器主要包括型板式、螺旋板式和板殼式換熱器。一般 來(lái)說(shuō)板式換熱器單位體積的傳熱面積較大，設(shè)備緊湊( 2501500m2 /m3)，材 料耗量低( 15kg/m3 )，傳熱系數(shù)大，熱損失小。但承壓能力差，處理量較小， 且制造工藝復(fù)雜，成本較高。而管式換熱器雖然在傳熱性能和設(shè)備的緊湊性上 不及板式換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，性能可靠， 適應(yīng)面廣等突出

6、優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于化工生產(chǎn)中，特別是列管式換熱氣應(yīng)用最為廣 泛，而且設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)較為完整，技術(shù)上比較成熟。1.3 新型的換熱器1) 螺旋折流板換熱器 管殼式換熱器由于具有應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、清洗方便等優(yōu) 點(diǎn)而在石油、化工、煉油、核能利用等領(lǐng)域占據(jù)著重要地位 . 由于殼側(cè)流體流 動(dòng)方向改變頻繁 ,且存在漏流等現(xiàn)象 ,因此殼側(cè)流動(dòng)與換熱是這種換熱器的瓶 頸所在 . 弓型折流板換熱器是最普遍應(yīng)用的一種傳統(tǒng)管殼式換熱器,但它的弊端在于 : 沿程壓降較大 ; 易出現(xiàn)流動(dòng)死區(qū)、 旁流和漏流 ,且容易積垢 ;較高的質(zhì) 量流速易誘 導(dǎo)換熱管的振動(dòng) ,縮短了壽命 .針對(duì)其殼側(cè)流動(dòng)的缺點(diǎn) ,人們提出了

7、螺旋折流板換熱器的概念 ,并由 20 世紀(jì)90 年代初由 ABB 公司開(kāi)發(fā)出系列產(chǎn) 品 , 在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果 , 尤其對(duì)于高粘度流體效果更加突出。理想 的螺旋折流板結(jié)構(gòu)其軸線應(yīng)當(dāng)與換熱器殼體軸線重合，從而形成連續(xù)的螺旋狀 回轉(zhuǎn)空間。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，流體在殼程流動(dòng)時(shí)，由于螺旋折流板 回轉(zhuǎn)面的約束，最大流動(dòng)截面只有殼體縱向截面的 1/2（一個(gè)周期內(nèi) ），在相同的流 量下，和普通單殼程弓形折流板換熱器相比，其特征流速理論上增大為后者的 2 倍左右。根據(jù)經(jīng)典的對(duì)流換熱無(wú)因次經(jīng)驗(yàn)公式，殼程流速的增加將有效提高換 熱器殼程對(duì)流給熱系數(shù)，從而提高換熱器的整體傳熱效率。其次，由于流體與

8、折流板表面相切接觸，消除了因垂直阻擋而在折流板根部附近形成的回流區(qū)， 能有效抑制污垢的積累沉淀，防止殼程結(jié)垢，延長(zhǎng)換熱器的有效使用周期。此 外，螺旋化折流板換熱器的加工制造過(guò)程，以最大限度節(jié)省制造費(fèi)用和材料浪 費(fèi)。2 ）麻花扁管換熱器麻花扁管的制造包括 “壓扁”和“熱扭 ”兩個(gè)工序。由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特是管程 和殼程同時(shí)處于螺旋流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流。該換熱器的傳熱系數(shù)叫現(xiàn)有換熱器 提高 40% ，而壓力降幾乎相等。該型換熱親的特點(diǎn)是改進(jìn)了傳熱，減少了污垢， 真正逆流，無(wú)振動(dòng)，節(jié)省空間，無(wú)折流元件，降低了成本。3）Haitian繞絲花環(huán)換熱器該型換熱器是英國(guó) Cal Gavin Ltd 公司開(kāi)發(fā)的一種

9、新產(chǎn)品 ,采用一種稱之為 Haitian matrix elements 的絲狀花內(nèi)插物 ,可使流體在低速下產(chǎn)生徑向位移和螺 旋流相疊加的三維復(fù)雜流動(dòng) ,可提高誘發(fā)湍流和增強(qiáng)沿溫度梯度方向上的流體擾 動(dòng),能在不增加阻力的條件下大大提高傳熱系數(shù)。內(nèi)插件不僅可以促進(jìn)管內(nèi)流體 形成湍流 ,同時(shí)可以擴(kuò)大傳熱面積 ,提高傳熱效率。目前,管內(nèi)內(nèi)插物主要是利用各種金屬的條、帶、片和絲等繞制或扭曲成螺 旋形 ,如麻花鐵、螺旋線、螺旋帶及螺旋片等 ,或沖成帶有缺口的插入帶。4）氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器 俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來(lái)提高翅片化表面的性能。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅

10、片表面噴鍍粉末粒子。通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。采用 在翅片表面噴涂 AC-鋁,并添加了 24A 白色電爐氧化鋁的試驗(yàn)，將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù) 加以整理 ,便可評(píng)估翅片底面的接觸阻力。得出的結(jié)論是 :氣動(dòng)噴涂翅片的底面的 接觸阻力對(duì)效率無(wú)實(shí)質(zhì)性影響。氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型,還可用來(lái)將按普通方法制造的翅片固定在熱換器管子的表面上 ,也可用來(lái)對(duì)普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ) 充加固。可以預(yù)計(jì) ,氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效的換熱器生產(chǎn)中將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。2 工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)條件圖 1 生產(chǎn)過(guò)程流程圖生產(chǎn)過(guò)程的流程如圖 1 所示。反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流換熱后，用

11、 循環(huán)冷卻水將其從 110 C進(jìn)一步冷卻至 60 C ，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶組分 已知循環(huán)水入口溫度 20 C ，試設(shè)計(jì)一臺(tái)換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)2.2 設(shè)計(jì)方案的確定2.2.1換熱器類(lèi)型的選擇兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 110 C ，出口溫度 60 C ；冷流體進(jìn) 口溫度 20 C ，出口溫度 40 C ，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差不是很大，因此初步 確定選用固定管板式換熱器。2.2.2流程安排 從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使用混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但 由于循環(huán)冷卻水易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度

12、，使換熱器的 熱流量下降，但是混合氣如果走殼程則易發(fā)生泄漏，所以從總體考慮，應(yīng)使用 循環(huán)水走殼程，混合氣體走管程，有利于混合氣的散熱和冷卻。2.3 確定物性數(shù)據(jù)1）混合氣入口溫度 110 C ，出口溫度 60 C；2）冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度 20 C ，設(shè)出口溫度為 40 C； 混合氣的溫度差： T T1 T2 110 60 50 C ； 循環(huán)水的溫度差： t t2 t1 40 20 20 C ； 混合氣與水的始溫度差： t1 T1 t1 110 20 90 C ； 混合氣與水的末溫度差： t2 T2 t2 60 40 20 C 。定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體

13、進(jìn)口溫度的平均值。故管程混合氣的定性溫度為：110 60T85 C2殼程水的定性溫度為：t 40 20 30 C2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)。對(duì)混合氣體來(lái) 說(shuō)，最可靠的物性數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合物各組 分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按相應(yīng)的加和方法求出混合氣體的物性數(shù)據(jù)。3）混合氣體壓力： 6.9 MPa ，循環(huán)冷卻水的壓力： 0.4 MPa ；4）每年按 330天計(jì)，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行；5）處理能力 m1 2.0 105t /a 7.015kg / s；6）混合氣體在 85 C 下的有關(guān)數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）密度： 1 90kg / m3

14、 ；定壓比熱容： cp1 3.297kJ /（kg C） ；熱導(dǎo)率： 1 0.0297W /（m C） ；粘度： 1 1.5 10 Pa s。7）循環(huán)冷卻水在 30 C 下的物性數(shù)據(jù) 1密度： 2 995.7kg / m3 ；定壓比熱容： cp2 4.174kJ /(kg C) ；熱導(dǎo)率：2 0.618W /(m C) ；2 80.07 10-5Pa s2.4 估算傳熱面積2.4.1 熱流量依據(jù)熱量衡算式 2得：Q1 cp1m1 T（1）式中：Q1 熱流量， KW ；cp1 混合氣在 85 C下的定壓比熱容， cp1=3.297kJ /（kg C）；m1 處理能力， m1 2.0 105t /

15、a 7.015kg / s ；混合氣體溫度差， C所以 ，Q1 m1cp1 T 7.015 3.297 50 1156.4 KW2.4.2平均傳熱溫差按純流計(jì)算，依傳熱計(jì)算的基本方程式得：t2 t1tmtm ln t2 t12)式中：tm對(duì)數(shù)平均溫差， C ；t2t2 T2 t2 60 40 20 C ；t1 T1 t1 110 20 90 C ；所以， tmltn2 t2t1 46.5( C)t1而，P tt1TRt式中：3)4)t1混合氣與水的始溫度差， C ；循環(huán)水的溫度差， C ；混合氣體溫度差， C所以，P t 20 0.22 ； t1 90T 50R 2.5 。 t 20又因?yàn)?t

16、 0.941所以 tmt tm 0.94 46.5 43.71 C又因?yàn)?0.940.8，故可選用單殼程的列管換熱器 3。2.4.3傳熱面積求傳熱面 積需要 先知 道 K 值，根據(jù)兩 流體的情況 ，假設(shè) 取 K0 值為410W /(m2 C) ， 則估算的傳熱面積 4為：Q1S01K0 tm(5) 式中：Q1 熱流量， KW ；tm 對(duì)數(shù)平均溫差， C ；S0 估算的傳熱面積， m2 ；所以，Q1K0 tm31156.4 103410 43.7164.53m2.4.4 冷卻水用量依熱量衡算式得：m2Q1CP2 t6)m2 冷卻水用量；cp2 循環(huán)水定壓比熱容， cp2 4.174kJ /( k

17、g C)；所以， m2Q11156.4 49860(kg/h) 13.85( kg / s)2 CP2 t 4.174 202.5 換熱器的選擇2.5.1管徑和管內(nèi)流體流速選用 252.5mm 較高級(jí)冷拔傳熱管 （碳鋼）5，取管內(nèi)流速 u1 =1.5m/s。d1 0.02md2 0.025m2.5.2殼程流體流速的選擇取殼程流速 u2 =0.6m/s2.5.3管長(zhǎng)及管程數(shù)1）管長(zhǎng)及管程數(shù)Vs1 m1 7.015 0.0779m3 /s1 1 90依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：ns4VS12d1u17）式中：VS1管程流體體積流量， m3/s；d1管子內(nèi)徑， m；u1 管內(nèi)適宜流速， m

18、/s；所以， ns4VS12d1u12 169.64 170 (根)0.785 0.022 1.5按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為：d2ns64.533.14 0.025 1704.83(m)按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) l =3.0m，則該換熱器的管程數(shù)為：N p L 4.83 1.61 2 管程p l 3傳器管總根數(shù)為：NT 170 2 340 根2）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法， 取管心距 t 1.25d2，則： t =1.25 25=31.25 32mm隔板中心到離其最近一排管中心距離，計(jì)算得：S t/2+6=32/2

19、+6=22mm 各程相鄰管的管心距為 44mm；每程各有傳熱管 170 根。 3）殼體內(nèi)徑殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式 DN 1.05t NT / ， 式中 為 管板用率，正方形斜轉(zhuǎn) 45排列，2 管程，=0.70.85，所以取 =0.8。管心距 t=32，DN 1.05t NT / 1.05 32 340 / 0.8 692.68mm（8）圓整可取 DN=700mm2.5.4 標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選擇由以上數(shù)據(jù) S0 Q1 1156.4 10 64.53m2 ； NT 170 2 340 根 可得0 K0 tm 410 43.71 T 標(biāo)準(zhǔn)換熱器（參見(jiàn)附錄） 1中選定 JB/T4715-9

20、2 中 F400-2.5-92 型換熱器，有 關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。表 1 初選換熱器規(guī)格公 稱 直 徑252.5m700 管 子 尺 寸DN m管程數(shù)Np2管 長(zhǎng) l3m管子總數(shù)342管子排列方正方形斜n法轉(zhuǎn) 458公稱面積/m280.4公稱壓力 /MPa實(shí)際傳熱面積：2S n d2 l 342 3.14 0.025 3 80.54m2若采用此傳熱面積的換熱器，則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為：Q11156.4 103Q 1156.4 10 2K S t1m80.54 43.71 328.49W /(m2 C)9）2.5.5主要參數(shù)的核算1）計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù) 1管程流通面積 A1：22 n 3.14

21、0.022 342 A1d14Np4220.0537m210)VS1 u111A10.07790.05371.45m s 1.5m / s （與假設(shè)一致 合適）Re1d1u1 1 0.02 2.0 90 2.4 105 湍流-51.5 10-511)Pr1Cp1 1353.297 103 1.5 10 5 1.7730.0279混合氣密度， 190kg / m31 熱導(dǎo)率， 1 0.0297W /(m C) ；-51 混合氣粘度， 1 1.5 10 Pa s ；d1 管子內(nèi)徑， m；1 0.023 1 Re10.8 Pr10.4 0.023 0.0279 (2.4 10所以，管程對(duì)流傳熱系數(shù)

22、1：1 0.8 0.41 0.023 1 Re1 Pr1d1 )0.8 1.1730.4 所以， 1d1 1 1 0.026889.54W / m2 C2)計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 2流體通過(guò)管間最大截面積 A2：A2 hD 1 d2 0.15 0.7 1 0.025 0.02297m2 2 t 0.032式中：h 折流擋板間距，取 150 mm；t管中心距，對(duì) 25 2.5mm， t 32mm。因?yàn)?m2 13.85kg / s，即：VS2 m22 9式中：95.8.d20.02514)7 0.0139m3 /s，所以， uVS2A20.0139 0.605m/s0.022974(t2當(dāng)量直徑為

23、：ded22) 4 (0.03220.0252 )Re2deu2 20.027 0.60 995.780.07 10 52014.53 500Pr2Cp2 2354.174 103 80.07 10 50.6185.415)16)10管程中的混合氣被冷卻，取1 0.14 1 0.14 ( 1 ) ( 1)w2( 1.5 10 5 )(0.807 10 5)0.141.09112 0.55 32 0.36Re2Pr2de17）式中：循環(huán)水密度， 2 995.7kg/ m3 ；循環(huán)水粘度，2 80.07 10-5 Pa s熱導(dǎo)率， 1 0.618W /（m C） ；d2 管子外徑， m；所以2 0

24、.55130.618 0.55 12 0.36 2 Re2Pr20.36 2014.53 (5.4) 3 1.091de 0.0271035.57W /(m C)3）確定污垢熱阻混合氣有機(jī)化合物的壁面污垢熱阻 1 Rs1 0.8598 10 4m2 C /W流速在 1.0以下的自來(lái)水的壁面污垢熱阻 1 Rs2 1.7197 10 4m2 C/W4 ）總傳熱系 K1K0Rs2 bdd2d鋼d1d18)d2 d120.025 0.0220.0025 mdmd1 d220.02 0.02520.0225 m由于采用的是較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼）管，故管壁熱阻鋼 45.3W /(m2 C) ，所以：11

25、d21 Rs2bd2Rs1 d22鋼 dmd11d111 4 0.0025 0.025 4 0.025 0.0251.7197 10 4 0.8598 10 41035.57 45.3 0.0225 0.02 6889.54 0.02 488.40W / m2 C由前面的計(jì)算可知，選用 F400 -2.5-92 型換熱器是要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為K 328.49W /( m2 C) ，在規(guī)定的流動(dòng)條件下， 計(jì)算出的 K0 488.40W / m2 C ,故所選的換熱器是合適的。安全系數(shù)為，K0 KK488.40 328.49328.49100% 48.68%2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6.1殼體壁厚根據(jù)

26、資料殼體內(nèi)徑是 700mm 的最小壁厚為 10mm。2.6.2管箱封頭根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 4746-92，選擇 F400-2.5-92型換熱器 6，選擇標(biāo)準(zhǔn)圓封頭 2.6.3接管管程混合氣進(jìn)出管口接管：取管內(nèi)的流體流速 u1=2.0m/s4V m17.015則接管內(nèi)徑 D14VS1 190222.8mm則接管內(nèi)徑 1u10.785 2.01.57取整后管內(nèi)內(nèi)徑 D1=300mm, 殼程循環(huán)水進(jìn)出管口接管：取管內(nèi)的流體流速 u2=0.6m/sm213.85則接管內(nèi)徑 D2 4Vs22 995.7 117.85mm則接管內(nèi)徑 2u20.785 0.6 0.471圓整后可取管內(nèi)內(nèi)徑 D2=200mm

27、管子的規(guī)格為：1 300mm 5mm 2 200mm 5mm122.6.4 管箱分程隔板因?yàn)楣艹虜?shù)為 2，需采用管箱分程隔板。2.6.5折流板采用弓形折流板，取折流擋板間距為 h 150mm，則折流板數(shù)為： NB L 1 3000 1 19 塊 B h 0.15 折流板圓缺水平裝配。2.6.6其它附件為固定折流板，需要設(shè)拉桿和定距管。換熱器殼體直徑為 700mm 時(shí)，拉桿 數(shù)可取 6，其直徑是 10mm。定距管直徑一般與換熱器尺寸相同，即 700mm。 2.7換熱器的核算2.7.1傳熱面積核算估算傳熱面積 S0： S0Q11156.4 10 64.53m20 0 K0 tm 410 43.71

28、實(shí)際傳熱面積 S： S n d2l 342 3.14 0.025 3 80.54m2S S0S080.54 64.5364.53100% 24.8% 25%傳熱面積裕度合適，該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)2.7.2壁溫計(jì)算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁度可按下式計(jì)算，（19） 由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為了確?？煽?，取循環(huán)水冷卻進(jìn)口溫度為 2,0，出口溫度為 40，計(jì)算傳熱管 壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼 體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差 可能較大。計(jì)算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因

29、此，取兩側(cè)污垢熱阻為零13計(jì)算傳熱管壁溫 6。于是，按上式有平均溫度（過(guò)度湍流及湍流）得，Tm 0.4T1 0.6T2tm 0.4t2 0.6t1Tm 0.4T1 0.6T2 0.4 110 0.6 60 80 Ctm 0.4t2 0.6t1 0.4 40 0.6 20 28 C熱流體側(cè)表面系數(shù) hc h11Rs111630.61W （/ m2 C）冷流體側(cè)表面系數(shù) hh h21Rs2258149.68W （/ m2 C）傳熱管平均壁溫 twTmtmhchh11hc hh8011630.61 2858149.68 71.33 C1111630.61 58149.68殼體壁溫，可近似取為殼程流體

30、的平均溫度，即T t 30C殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為t 71.33 30 41.33 C 該溫差不是很大，故不需要加補(bǔ)償圈 2.7.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 1）管程流體阻力 7P1 （ P1P2）Ft NpNs（21）前面已算出： u1 1.5m/s，取不銹鋼管壁粗糙度0.1mm ， 則 0.1 0.005 ，由第一章 1的Re關(guān)系14圖中查得：所以0.031222L 1u123 90 1.5 2P11 1 0.0312 473.85PaP21u12290 1.5 22101.25Pa1 d1 2 0.02對(duì)于 25 2.5mm 的管子，管程數(shù) 2，Ns=1，P1 473.85 101.2

31、5 1.4 2 1 1.6KPa 6.9MPa2 ）殼程阻力P2 P1 P2 FsNs（22）u2其中 Fs 1.15，Ns 1， P1 Ff2nc NB 1 2 u2 ，2 管子為 正方形斜轉(zhuǎn) 45 排列，取 F=0.4， nc 1.1 n 1.1 342 22取折流擋板間距 h 0.15m ，折流擋板數(shù)：NB L 1 3 1 19B h 0.15殼程流通面2A2 h D ncd2 0.15 0.7 22 0.025 0.0225m2u2V2 0.0139A2 0.02250.6m/sRe2d2u2 220.02 0.6 995.780.07 10 518653.05 500 5000.22

32、8f2 5.0Re20.2285.0 18653.05 0.2280.5312所以P1 0.4 0.5312 2019 12995.7 0.62761.63Pa15222h 2 u222 0.15 995.7 0.6 2P2 NB 3.52 2 19 3.5 10459.12PaD 2 0.7 2總阻力P2 761.63 10459.12 1.15 1 12.9KPa 0.4MPa由上面計(jì)算可知， 該換熱器管程與殼程的壓 強(qiáng)均滿足題目要求，故所選換熱器合適。3 結(jié)論根據(jù)以上可得結(jié)論見(jiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表，表 2 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng)目殼程 （循環(huán) 水）管程（混合氣）流量 ； kg/s13.857.055溫度； C（進(jìn) / 出）20/60110/60物性定性溫度；C3085密度；kg/m3995.790比熱； kJ /( kg C)4.1743.