管殼式換熱器傳熱計算示例(終 ) - 用于合并

1、管殼式換熱器傳熱設(shè)計說明書設(shè)計一列管試換熱器，主要完成冷卻水過冷水的熱量交換設(shè)計壓力為管程1.5MPa（表壓），殼程壓力為0.75MPa（表壓），殼程冷卻水進，出口溫度分別為20C和50C，管程過冷水進，出口溫度分別為90C和65C管程冷水的流量為80t/ho2、設(shè)計計算過程：（1）熱力計算1）原始數(shù)據(jù)：過冷卻水進口溫度t=145C；過冷卻水出口溫度t=45C；過冷卻水工作壓力P=0.75Mp（表壓）1a冷水流量Gj80000kg/h；冷卻水進口溫度t2=20C；冷卻水出口溫度12=50C；冷卻水工作壓力P=0.3Mp（表壓）改為冷卻水工作壓力P=2.5Mp2a22）定性溫度及物性參數(shù)：冷卻水

2、的定性溫度七2=（t+t）/2=（20+50）/2=35C；冷卻水的密度查物性表得P2=992.9kg/m3；冷卻水的比熱查物性表得C；4.174kJ/kg.Cp2冷卻水的導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得入2=62.4W/m.C冷卻水的粘度=727.5X10-6Pas；冷卻水的普朗特數(shù)查物性表得P2=4.865；r2過冷水的定性溫度q=（-_）=77.5C；過冷水的密度查物性表得P=976kg/m3；過冷水的比熱查物性表得Ci=4.192kJ/kg.C；p1過冷水的導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得入1=0.672w/m.C；過冷水的普朗特數(shù)查物性表得P2=2.312；r2過冷水的粘度H1=0.3704X10-6Pas。過

3、冷水的工作壓力P=1.5Mp（表壓）1a3）傳熱量與水熱流量取定換熱器熱效率為n=0.98；設(shè)計傳熱量：Q0=G1Cp（ti一t）nX1000/3600=80000X4.174X（50一20）X1000/3600=2727013W過冷卻水流量：G=3600 x751333=93676t/h；2Cp2（t2,-t2,）4.187x1000 x（40-30）4）有效平均溫差逆流平均溫差：(t，一(t，一t/At=12-countt/t加一早一t一t/L1L2)-(t1-叨)=(90-50)-(65-20)=42.45T,90-50加6530根據(jù)式（320）計算參數(shù)p、R:參數(shù)P:t/tj5020P

4、-2J0.429t，t，902012參數(shù)R：t，t9065Rc0.833t一t，502022換熱器按單殼程2管程設(shè)計，查圖38得溫差校正系數(shù)嚴(yán)0.83；有效平均溫差：At=屮At=0.92X42.45=40.2CmN5）管程換熱系數(shù)計算：附錄10，初定傳熱系數(shù)K0=400W/m.C；初選傳熱面積：A0751333169.59m2；0KaJ400 x4.2選用25X2.5無縫鋼管作換熱管;管子外徑d0=0.025m；管子內(nèi)徑d=0.025-2X0.0025=0.02m；m；im；管子長度取為l=3管子總數(shù)：169,59=720n=0冗do冗X0.025X3取720根169,59=720n=0冗d

5、o冗X0.025X3取720根管程流通截面積：盤24d2=352兀0.022=0.1l309m2i24管程流速：W2=0.23575m/s%口2%3600976x0.11309x360093676管程雷諾數(shù)：Re叫心=976沁23575沁2=12423104湍流370.4X10-6管程傳熱系數(shù)：（式管程傳熱系數(shù)：（式3-33c）3605(1+0.0l5t)w3605(1+0.0l5t)w0.8a2=3605(1+0.015X77.5)X0.235750.8(I00d.)0.21l86W/(m2C)(100X0.02)0.26)結(jié)構(gòu)初步設(shè)計：布管方式見圖所示：管間距s=0.032m(按GB151

6、,取1.25d)；管束中心排管的管數(shù)按431.1所給的公式確定：N6)結(jié)構(gòu)初步設(shè)計：布管方式見圖所示：管間距s=0.032m(按GB151,取1.25d)；管束中心排管的管數(shù)按431.1所給的公式確定：N=1.1佰=1.1V720=29ct取20根；殼體內(nèi)徑：D=s(N1)+4d=0.032X28+4X0.025=0.9m取Di=0.7m；長徑比：l/D=3/0.9=3.3i選定弓形折流板布管示意圖合理弓形折流板弓高:折流板間距：折流板數(shù)量：h=0.2D.=0.2X0.9=0.18mIB=D./3=0.9/3=0.3mnR=2/E1=(3/0.9)1=12D折流板上管孔直徑由GB151-201

7、4可確定為0.0254mm折流板直徑由GB151-2014可確定為0.6955m7)殼程換熱系數(shù)計算殼程流通面積:(d)(0.025)A=BD1=0.233x0.61cliIs丿I0.032丿根據(jù)式(361)中流體橫過管束時流道截面積0.046m2殼程流速:w=g3600=12000/3600=0.0.4865m/s；1p1f1992.9X0.046殼程質(zhì)量流速：%=PW=992.9X0.4865=483.05kgm2/s；殼程當(dāng)量直徑：=力2-怙。2=0.92720X0.0252=0.02m；720 x0.025殼程雷諾數(shù):Re=2咒心=992.9x0,4865x0.02=26082；370

8、.4x1062370.4x106切去弓形面積所占比例按h/D=0.2查圖4-32得為0.145i殼程傳熱因子查圖3-24得為j=20s管外壁溫度假定值t,=45Cw1壁溫過冷水粘度“1=0.549X103Pa.s758758粘度修正系數(shù)：箱=0.1403704X0.14=0.92060.549103根據(jù)式（362）計算殼程換熱系數(shù)：久-1p1/30js=dre0.624Oo3O7X2-3121/3X0-箱=0.1403704X0.14=0.92060.549103根據(jù)式（362）計算殼程換熱系數(shù)：久-1p1/30js=dre0.624Oo3O7X2-3121/3X0-9324X20=8）傳熱系

9、數(shù)計算：水側(cè)污垢熱阻：r2=0.000344m2.C/w管壁熱阻r忽略2總傳熱系數(shù)：K.1dr+r+a12a.1Id一護d.i1t58+.344+.3440025+島0025=460W/m2C傳熱系數(shù)比值鳥/=460/400=1.15，合理9）管壁溫度計算：管外壁熱流密度：q=2727013720XX0.025X3=16074W/m2.Ct=tW11%丄+qa1=77.5160741758+0.000344=43.03C誤差較核w1力=50W150.54=0.54C，誤差不大；N嚴(yán)根據(jù)式（394a）計算管外壁溫度:10）管程壓降計算：根據(jù)式（394b）計算管內(nèi)壁溫度:t右丄+乙=35+1607

10、4w221d.a220.02+0.0003441186=58.8C；壁溫下水的粘度：2=486X106Pas；粘度修正系數(shù)：%20.14727.7X106486X1060.141.05；查圖3-30得管程摩擦系數(shù)：入2=0.0078管程數(shù)：飩=2；管內(nèi)沿程壓降計算依據(jù)式（3112）：（W二W.P）入2=0.23575x9762.3x4.0.078=599（W二W.P）d”禮2x9760.021.058回彎壓降：Ap=4n=0.23575x976-24=216Pa；b2p22x976取進出口管處質(zhì)量流速：Wn2=1750kg/川s；（依據(jù)pw23300取w=1.822m/s）進出口管處壓降（依據(jù)

11、3-113）：Ap=侮x1.5=7502X1.5=2353.4；九22p22X976管程結(jié)垢校正系數(shù)：%=1；管程壓降：旳2(AE+嘰)%+孤2(599.8+216)X1+2310.73452.82Pa11）殼程壓降計算殼程當(dāng)量直徑：0.019m；D2N二_0.92720X0.02520.019m；tr0Dj+Ny%0.9+720X0.025雷諾數(shù)：Reide483.08x0.1912616；1旳0.7275x103查得殼程摩擦系數(shù)：入=0.08；（圖3-34）管束壓降（公式3129）：Ap畔.Dj仙+1)虧483.0820.9X10.0.084837Pa；120de02X992.90.019

12、0.9206取進出口質(zhì)量流速：叫1=1000kg/m2s；(Pw22200取WjlOOOkg/川s)進出口管壓降：Ap嚀1.5000X1.5335.7Pa；“1212X992.9取導(dǎo)流板阻力系數(shù)：&-5;導(dǎo)流板壓降：Ap叫1210002X52517.87Pad2p1卩2X992.9殼程結(jié)垢修正系數(shù)：（Pd1.38；（表312）殼程壓降：AyAp0%+Apd+Ap14837X1+2517.9+335.77690.7Pa；管程允許壓降：P2=35000Pa；（見表310）殼程允許壓降：PJ=35000Pa；PAP22PAP11即壓降符合要求。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計（以下數(shù)據(jù)根據(jù)BG150-2011）結(jié)構(gòu)設(shè)

13、計的任務(wù)是根據(jù)熱力計算所決定的初步結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進一步設(shè)計全部結(jié)構(gòu)尺寸，選定材料并進行強度校核。最后繪成圖紙，現(xiàn)簡要綜述如下：1）換熱器流程設(shè)計采用殼方單程，管方兩程的1-4型換熱器。由于換熱器尺寸不太大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用，管程分程隔板采取上圖中的丁字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是布管緊密。2）管子和傳熱面積采用025X2.5的無縫鋼管，材質(zhì)20號鋼，長3m,管長和管徑都是換熱器的標(biāo)準(zhǔn)管子尺寸。管子總數(shù)為352根，其傳熱面積為：F=叫叫=nx0.025X3X720=169m23）管子排列方式上圖十字形走廊是為了裝設(shè)分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問題。共有356個管孔，其中4個為裝設(shè)拉

14、桿用。4）殼體殼體內(nèi)徑：Ds=700mm；材質(zhì)Q235A鋼；殼體厚度（式6-1）：6=+c20如=1245.88t100Cw0=0.7C=2mm（厚度附加量見GB150）P=1.2pp為設(shè)計壓力要大于工作壓力）2.482mm1X1.2X7002.482mmC_IQ2X1245.88X0.7實取6=6mm5）管板根據(jù)表5-8查取6min=0.75d0mm管板上開孔數(shù)與孔間距與管排列應(yīng)一致。6）折流板因為無相變，采用通用的弓形折流板。Q235A鋼板。拱高：h=140mm;板間距：B=230mm；板數(shù)：n=12塊；B板厚：6b=5mm（依據(jù)表4-12）;臥式布置，水平切口流動方向。7）拉桿選取Q23

15、5A鋼，012，共8根（依據(jù)表5-10）8）封頭根據(jù)壓力容器設(shè)計規(guī)范采用材質(zhì)為Q235的標(biāo)準(zhǔn)形狀橢圓封頭。在滿足強度要求條件下,取壁厚6=6b=8mm；曲面高度：DD+6700+8W=N=q=17亦D為封頭的平均直徑；直邊高度，心=25mm。9）進、出管（a）管程進、出口管PW233OO取取Wn=1750kg/就s,得進、出口流通面積為:G93676n2AA1zLQ7i-n7a=2=0.01487m2N23600w3600X1750進出口管道直徑：44D=ar=-X0.01487=0.138mN2兀N2取用：0114X4mm的熱軋鋼管或水輸送管。(b)殼程進、出口管：Pw/2200取取殼程浸出口管處質(zhì)量流速WN=1000kg/就s,得進、出口流通面積為：G