套管換熱器的設計

套管換熱器的設計陳敏劍【摘要】簡單介紹套管換熱器中的傳熱過程，然后通過一個具體的案例介紹套管換熱器的設計，并根據(jù)計算所得的結果選擇所需要的套管換熱器.【期刊名稱】《化工中間體》【年(卷)，期】2017(000)004【總頁數(shù)】2頁(P168-169)【關鍵詞】熱阻;熱傳導;熱對流;對流傳熱系數(shù)【作者】陳敏劍【作者單位】安徽實華工程技術股份有限公司寧波分公司浙江315000【正文語種】中文【中圖分類】T設計一個套管換熱器，將流量為2000kg/h的熱水從95^降到92°C,選用冷卻水進行冷卻，冷卻水溫度從33C上升到43C。其中熱水走內管，冷卻水走外管，內、外管阻力降均不大于10KPa。在套管換熱器中，冷、熱流體分別通過環(huán)隙和內管，熱量自熱流體傳給冷流體。這種熱量傳遞過程包括三個步驟：熱流體給熱于管壁內側，熱量自管壁內側傳導至管壁外側，管壁外側給熱于冷流體。三者的傳熱量Q相等，冷、熱流體主體溫度已知，則總推動力已知，所以只要求出總的熱阻即可根據(jù)傳熱公式求出總的換熱面積，進而求得所需換熱管的長度。定性溫度的確定，熱水的定性溫度為(95-92)/2=93.5C,冷卻水的定性溫度為（43-33）/2=38°C。首先求解出總的傳熱量Q其次求解出所需的循環(huán)冷卻水的用量m2據(jù)能量平衡原理根據(jù)《工藝管道安裝設計手冊》中推薦流速，內管初選流速為1m/s，則計算的初選管徑為：d=27.1mm則考擦以DN20、DN25和DN32三種規(guī)格管道作為內管設計套管換熱器。其中以DN25的管道為例通過計算加以說明：計算管程的流速u1則：滿足化工原理中關于圓形直管內強制湍流的給熱系數(shù)的計算公式，則：先假設選用DN40的管子作為外套管，此時管子的外徑為48mm，壁厚為4mm,內徑為40mm，則當量直徑為40-34=6mm。計算環(huán)隙的流速u2滿足圓管內強制湍流的給熱系數(shù)的計算公式，則：以套管換熱器內管的外表面為基準計算總傳熱系數(shù)K。查詢《化工工藝設計手冊》得水的結垢熱阻為0.00052m2?k/W。套管換熱器內管的熱阻：R1=1/a1xd2/d1=0.0002m2?k/W套管換熱器環(huán)隙的熱阻：R2=1/a2=0.00004m2?k/W套管換熱器內管的壁厚熱阻：則總傳熱系數(shù)：總推動力Atm根據(jù)傳熱公式：Q=KAAtm7020=733,25xAx55.43A=0.173m2考慮25%的換熱裕量，則A'=1.25xA=0.216m2則套管的長度為套管的長度圓整為2m。核算套管換熱器外管的阻力降，由于Re>4000，流動進入湍流區(qū)，此時：相對粗糙度￡取為0.1mm,則：從結果中可以看出，夕卜套管的阻力降太大，所選取的外管偏小。則改選為DN50的管子作為外套管，此時管子外徑為60mm，壁厚為4mm，內徑為52mm，此時的當量直徑為18mm。運用同樣的計算公式則套管的長度為：套管的長度圓整為2.4m。核算套管換熱器外管的阻力降，由于Re>4000，流動進入湍流區(qū)，則：從計算的結果中可以看出外管阻力降較小，滿足設計要求，因此選取的管徑合適，則可以選用DN50的管子作為外套管，管子的長度為2.4m。同理可以計算當外管選為DN65時的情況。當選用DN40的管子作為外管時，流體的流速變得很大，夕卜管的對流傳熱速率也變得很大，但是總傳熱系數(shù)變化不是很大，這是由于此時的傳熱阻力主要集中于內管和污垢熱阻，單純地提高外管的傳熱系數(shù)對總的傳熱影響較小，并且由于流速的提高，阻力降明顯提高，以至于超出了允許的阻力降范圍。當選用DN65的管子作為外管時，由于流速較小，對流傳熱系數(shù)變得很小，此時的熱阻主要集中在外管阻力中，夕卜管阻力對總傳熱系數(shù)起主導作用，此時的總傳熱系數(shù)較小，計算得的換熱管長度很大。在選用DN50的管子作為外管時，夕卜管的對流傳熱系數(shù)與內管的對流傳熱系數(shù)較為接近，兩者對總傳熱系數(shù)的影響較為相當，計算出的換熱管長度相當，選用的外套管比較合適。同理以DN20、DN32作為內管，選取合適的外套管組成套管換熱器。隨著內管直徑的增大，流速越來越小，總傳熱系數(shù)逐漸減低，由于總傳熱量和總推動力保持不變，則傳熱面積變得越來越大。由于傳熱面積與換熱內管的外表面積有關，所以換熱管長的變化不是很大。在實際運用中，我們可以根據(jù)管道壓降、加工難易、制造成本等方面進行綜合考慮，選取合適的套管換熱器。在本次設計中，為降低管道