列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、蚌埠學(xué)院課程設(shè)計(jì)系 別 應(yīng)用化學(xué)與環(huán)境工程系 專 業(yè) 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù) 學(xué)生姓名 萬 學(xué) 號 實(shí)習(xí)類型 課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2011年6月2日 【設(shè)計(jì)示例】 某生產(chǎn)過程中，需將8000kg/h的油從175冷卻至130，壓力為0.3MPa；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水入口溫度40，出口溫度為60。試設(shè)計(jì)一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)?！驹O(shè)計(jì)計(jì)算】（一） 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175，出口溫度130；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度40，出口溫度60。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

2、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)的固定管板式換熱器。2. 流體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25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取=1.5m/s。（二）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152.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 =825 kg/m³ 定壓比熱容 =2.3 kj/（kg·） 導(dǎo)熱系數(shù) =0.128 W/（m·） 粘度 =0.0006

3、65 Pa·s 循環(huán)冷卻水在60下的物性數(shù)據(jù)： 密度 =988 kg/m³ 定壓比熱容 =4.174 kJ/(kg·) 導(dǎo)熱系數(shù) =0.6478 W/(m·) 粘度 =0.000 5494 Pa(三)計(jì)算總傳熱系數(shù)1.熱流量 ×2.3×（175-130）=8.28×kJ/h=230kw2.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) 477殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) 300W/(·)；污垢熱阻=0.000 344·/W=0.000 172·/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù) =45

4、 W/(·) = 151.5 W/(·)（四）計(jì)算傳熱面積 () 考慮15%的面積裕度，S=1.15 =1.1515=17（）（五）工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速選用25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=1.5 m/s2.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) 6(根)按單位管程計(jì)算，所需的的傳熱管長度為 .1(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=6 m ，則該換熱換熱器管程數(shù)為 （管程）傳熱管總根數(shù)N=6×6=36(根) 3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正數(shù) 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有

5、關(guān)圖表,可得 平均傳熱溫差 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，則 t=1.25×25=31.2532 (mm)橫過管數(shù)中心線的管數(shù) 85.殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.6，則殼體內(nèi)徑為 D=1.05t=1.05×32=260（mm）圓整可取D=325 mm6.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h=0.25×325=81.25（mm），故可取h=100 mm。取折流板間距B=0.9D，則 B=0.9×325=292.5（m

6、m），可取B=300 mm折流板管數(shù) 傳熱管長/折流板間距1=1=19折流板圓整面水平裝配。7.接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速u=1.0 m/s,則接管內(nèi)徑為 （m）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=2m/s ，則接管內(nèi)徑為 (m)取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50 mm（六）換熱器核算 1.熱量核算 （1）殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用克恩公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 0.020 （m）殼程流通截面積 ()殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 （m/s） 3176普朗克準(zhǔn)數(shù) 粘度校正 W/（2）管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積 0.005652（）管程流體流速 （m

7、/s） 普蘭特準(zhǔn)數(shù) W/(·)（3）傳熱系數(shù)K = 233 W/(·)（4）傳熱面積S （）該換熱器的實(shí)際傳熱面積 （）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)。 =1 ，=6 ，=1.4 由Re=17739，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得=0.035 W/(·)，流速=0.49 m/s ，=988kg/m³ ，所以 （Pa） =（1316.7+356）×1.4×6=14051（Pa）管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。 （2）殼程阻力 流體流經(jīng)管束的阻力 F=0.5=819 0.128m/s=430()流體流過折流板缺口的阻力，B=0.3m，D=0.325m總阻力 殼程流動(dòng)阻力也比較適宜。（3）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)果見下表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：固定管板式管口表換熱面積（）：13.1符號尺寸用途連接類型工藝參數(shù)a循環(huán)水入口名稱管程殼程b循環(huán)水出口物料名稱循環(huán)水原油c油品入口操作壓力，MPa0.40.3d油品出口操作溫度，40/60175/130e排氣口流量，kg/h99198000f放凈口流體密度，kg/988825流速m/s0.490.128傳熱量kW230總傳熱系數(shù)，W/*K233對流傳熱系數(shù)，W/*K3100445污垢系數(shù), *K/