列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算

i=994kg/m3cpi=4.08kJ/(kg?°i=994kg/m3cpi=4.08kJ/(kg?°C)入i=0.626W/(m?°C)Ui=0.000725Pa?s3.計(jì)算總傳熱系數(shù)熱流量Qo=WocpoAto=6000X2.22X(140-40)=1.32X106kJ/h=366.7(kW)平均傳熱溫差坐二些(140-40)-(40-30)In竺加；=??￡,140-40In 40-30=39(°C)2.4列管換熱器設(shè)計(jì)示例某生產(chǎn)過程中，需將6000kg/h的油從140C冷卻至40°C，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30C，出口溫度為40°C。試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。確定設(shè)計(jì)方案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140C，出口溫度40°C冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30C，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)進(jìn)口溫度會(huì)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。流動(dòng)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*25X2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/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 2 (C)管程流體的定性溫度為 2 (C)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90C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度Po=825kg/m3定壓比熱容cpo=2.22kJ/(kg?°C)導(dǎo)熱系數(shù)入o=0.140W/(m?°C)粘度 Uo=0.000715Pa?s循環(huán)冷卻水在35C下的物性數(shù)據(jù)：密度 P定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)粘度冷卻水用量13200004.08x(40-30)(4)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)=32353(kg/h)=0.023x0.02x0.5x994_ 0.000725__=136700.6260.0200670 4.08xl03x0.000725V40^26」=2731W/(m?°13200004.08x(40-30)(4)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)=32353(kg/h)=0.023x0.02x0.5x994_ 0.000725__=136700.6260.0200670 4.08xl03x0.000725V40^26」=2731W/(m?°C)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)ao=290W/(m2?°C);污垢熱阻Rsi=0.000344m2?°C/W,Rso=0.000172m2?C/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)入二45W/(m?°C)仏+氏￡+理+心+丄如乜企-%0.0252731x0.020+0.000344x0.0250.020+0.0025x0.02545x0.0225+0.000172+290=219.5W/(m?°C)計(jì)算傳熱面積366.7x10s219.5x39=42.8(m2)考慮15%的面積裕度，S=1.15XS,=1.15X42.8=49.2(m2)0工藝結(jié)構(gòu)尺寸(1)管徑和管內(nèi)流速選用*25X2.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/so(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)32353/(994x3600)0.785x0.022x0.5=57.6^58(根)).8(m)則該換熱器管程數(shù)『E 49.2/= = 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為 知也3.14x0.025x58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,

(管程)傳熱管總根數(shù)N=58X2=116(根)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)140-4040-301040-30140-4040-301040-30140-30=0.091第2章?lián)Q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0At=0.82平均傳熱溫差△tm=0AtAztm=0.82X39=32(°C)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=1.25dO，則t=1.25X25=31.25~32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)逅=1.19莎=13(根)殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0?7，則殼體內(nèi)徑為(mm)^=1.05^^= 32^116/0.7=432.5(mm)圓整可取D=450mm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=0.25X450=112.5(mm)，故可取h=110mm。取折流板間距B=0.3D，則B=0.3X450=135(mm)，可取B為150。折流板數(shù)“吐傳熱管長/折流板間距-1=6000/150-1=39(塊)折流板圓缺面水平裝配。接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為u=1.0m/s，則接管內(nèi)徑為4x6000/(3600x825)=0053.14x1.0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=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為V3.14x1.5=0.088(m)換熱器核算(1)熱量核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式住,=0.兀嚴(yán)(出嚴(yán)4 戸甲當(dāng)量直徑，由正三角形排列得4(—^-壬必4(—x0.0322-fxO.0252)仇=一2 =一2 =0.020TOC\o"1-5"\h\z￡ 真— 3.14x0.025 ,、“ (m)殼程流通截面積=51)(1-^-)=0.15x0.45x(1-2^)x0.020=0.01476f 0.032 (m)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為p0.02x0.0137x825)…“艮亡“= =3161° 0.000715普蘭特準(zhǔn)數(shù)R=2.22x10^715x10^=n340.140(￡_嚴(yán)小粘度校正血%二0.36x2^2x31610J5xll.341/3=476°.O2 W/(m2??管程對(duì)流傳熱系數(shù)塀=0.023AB.e0Spr0-4￡管程流通截面積^0.785x0.02^116/2=0.01叫“2)管程流體流速20.0182Pr=普蘭特準(zhǔn)數(shù)4.08x10sx0.725xl0~3) Pr=普蘭特準(zhǔn)數(shù) =斗.0.626=0.023x^^xl36280Bx4.73°-4=2721°.O2 W/(m2?°C)傳熱系數(shù)K3仏+忑僉+竺+兀+丄如乜施-%1TOC\o"1-5"\h\z°皿+0.000卻冥匹址4址+0麗學(xué)+丄2721x0.020 0.020 45x0.0225 476=310.2W/(m?°C)傳熱面積S7春皿冷 (m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp￡ 3.14x0.025x(6-0.06)X(116-13)=48.0/ 、盧 (m2)該換熱器的面積裕度為H=目匚目xWO%=4S°~369xl00%=30.1%S 36.9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(dòng)阻力管程流動(dòng)阻力EAPi=(APl+AP2)FtNsNpNs=1,Np=2,Ft=1.5dd由Re=13628,傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄圖得入i=0.037W/m?°C,流速ui=0.497m/s,p=994kg/m3,所以6 994x04972A^=0.037x——x =\362.1(Pd)0.022pu2 994x0.4972A馬=$—=3x =36^3(Pa)22SA/?=(1362.7+368.3)x1.5x2=5193(^)<10(^)管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力EAPo=(AP,1+AP,2)FtNsNs=l,Ft=l流體流經(jīng)管束的阻力^=0.5=5x3161"°228=0.7962叫= =0.137呂25q1372A^=0.5x0.7962xl3x卩9+1) =1202(^)2流體流過折流板缺