1、化工原理課程設(shè)計報告換熱器的設(shè)計年級專業(yè)設(shè)計者姓名設(shè)計單位2008 級化學工程與工藝劉國雄西北師范大學化學化工學院完成日期2010年 11 月 25 h概述11 換熱器設(shè)計任務(wù)書-61.2換熱器的結(jié)構(gòu)形式-92 .蛇管式換熱器-93.套管式換熱器-91.3換熱器材質(zhì)的選擇-101.4管板式換熱器的優(yōu)點-111.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu)-121.6管板式換熱器的類空及工作原理131.7確定設(shè)計方案-142.1設(shè)計參數(shù)-142.2計算總傳熱系數(shù)-152.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸-162.4換熱器核算-172.4.1.熱流量核算-182.42壁溫計算-202.4.3.換熱器內(nèi)流體的流動阻力-21概述在不同溫丿旻口

2、、j例i/介i叮i竝診n匕口、j衣月彳小“診乂伏命，冋個小人換熱器。在換熱 器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體 則溫度較低，吸收熱量。35%40%。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、 開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計、 制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究i-分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。隨著換熱器在工業(yè)牛產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不 同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各杲。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求 選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。 換熱器按用途不同可分為加熱器

3、、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、 過熱器等。換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器 應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點乂可分為管殼式換熱器、板面式換熱 器和擴展表面式換熱器（板翅式、管翅式等），如表2-1所示。表2-1傳熱器的結(jié)構(gòu)分類類型特點間辟小式冃士 冗 式列管式固定管板 式剛性結(jié) 構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般w50°c）,管間不 能清洗帶膨脹 節(jié)有一定的溫度補償能力，殼程只能承受低壓力浮頭式管內(nèi)外均能樂受高壓，可用于高溫高壓場合u型管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難填料函式外填料 函管間容易泄漏，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓

4、力較 咼的介質(zhì)內(nèi)填料 函密封性能差，只能用于壓差較小的場合釜式殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮雙套管式結(jié)構(gòu)比較復雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反 應(yīng)器中套管式能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或 預(yù)熱器螺旋管式沉浸式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱噴淋式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝板面式板式拆洗方便，傳熱而能調(diào)整，主要用丁粘性較大的液 體間換熱螺旋板式可進行嚴格的逆流操作，有口潔的作用，可用作回 收低溫熱能平板式結(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體 干凈板殼式板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高混合式適用于允許換熱流體之間直接接觸蓄熱式換熱過程分階段交替進行，

5、適用于從高溫爐氣中回 收熱能的場合完善的換熱器在設(shè)計或選型吋應(yīng)滿足以下各項基木要求。（1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件傳熱量、流體的熱力學參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學性質(zhì) （密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的條件。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)這些條件進 行熱力學和流體力學的計算，經(jīng)過反復比較，使所設(shè)計的換熱器具有盡可能小的 傳熱面積，在單位吋間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。其具體做法如下。 增大傳熱系數(shù)？在綜合考慮流體阻力及不發(fā)生流體誘發(fā)振動的前提下，盡 量選擇高的流速。 提高平均溫差？對于無相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因為 這樣不僅可提高平均溫差，述有助于減少結(jié)構(gòu)屮的溫差應(yīng)力。在允許的

6、條件吋， 可提高熱流體的進口溫度或降低冷流體的進口溫度。 妥善布置傳熱面？例如在管殼式換熱器屮，采用合適的管間距或排列方 式，不僅可以加大單-位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流體的流動特性。錯列管 朿的傳熱方式比并列管朿的好。如果換熱器屮的一側(cè)有相變，另一側(cè)流體為氣札 可在氣相一側(cè)的傳熱面上加翅片以增大傳熱面積，更有利于熱量的傳遞。（2）安全可靠換熱器是壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算吋，應(yīng) 遵照我國鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定與鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定 等有關(guān)規(guī)定與標準。這對保證設(shè)備的安全可靠起著重要的作用。（3）有利于安裝、操作與維修直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)

7、備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝 拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口， 檢查孔與敷設(shè)保溫層。（4）經(jīng)濟合理評價換熱器的最終指標是：在一定的時間內(nèi)（通常為1年）固定費用（設(shè)備 的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為最小。 在設(shè)計或選型時，如果有兒種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標尤為重 要。動力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高乂有利于傳熱，因此存在一最 適宜的流速。傳熱面上垢層的產(chǎn)牛和增厚，使傳熱系數(shù)不斷降低，傳熱量隨之而減少，故 有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部 分費用必須從清洗后傳熱條件

8、的改善得到補償，因此存在一最適宜的運行周期。 嚴格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來進行經(jīng)濟核算以確定適宜的操作條件與 適宜的尺寸是不夠全面的，應(yīng)以整個系統(tǒng)中全部設(shè)備為對彖進行經(jīng)濟核算或設(shè)備 的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大，當影響換熱器的各項因素改變后對整個 系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經(jīng)濟核算仍然是 可行的。1. 1.換熱器設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計題口煤油冷卻器的設(shè)計。設(shè)計課題工程背景：在石油化工生產(chǎn)過程屮，常常需要將各種石油產(chǎn)詁（如汽油、煤油、柴油等）進 行冷卻，本設(shè)計以某煉汕廠冷卻煤汕產(chǎn)品為例，讓學生熟悉列管式換熱器的設(shè)計 過程。設(shè)計的目的： 通過對煤油產(chǎn)品冷卻

9、的列管式換熱器設(shè)計，達到讓學生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特 點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當?shù)念愋停瑫r還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流 程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。2. 設(shè)計任務(wù)及操作條件（1）處理能力 （1.584,1.98, 2.2176, 2.4552, 2. 6928） x 104 噸/年煤油（2）設(shè)備型式列管式換熱器（3）操作條件 煤汕：入口溫度（140°c> 120°c、100°c）,岀口溫度40°c 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度30°c, i口溫度50°c 允許壓強降：不大于105pa 每年按330天

10、計，每天24小時連續(xù)運行（4）設(shè)計項目 設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。 換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。 主要輔助設(shè)備選型。 繪制換熱器總裝配圖。3. 設(shè)計說明帖的內(nèi)容（1）目錄；（2）設(shè)計題口及原始數(shù)據(jù)（任務(wù)書）；（3）論述換熱器總體結(jié)構(gòu)（換熱器型式、主要結(jié)構(gòu)）的選擇；（4）換熱器加熱過程有關(guān)計算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、 殼體直徑等）;（5）設(shè)計結(jié)果概要（主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等）；（6）主體設(shè)備設(shè)計計算及說明；（7）主要零件的強度計算（選做）:（8）附屬設(shè)備的選擇（選做）；（9）參考文獻；（10）后記及其它。

11、4. 設(shè)計圖要求用594x841圖紙繪制換熱器一張：一主視圖，一俯視圖，一剖面圖，兩個局部 放大圖。5. 設(shè)計思考題（1）設(shè)計列管式換熱器時，通常都應(yīng)選用標準型號的換熱器，為什么？（2）為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？（3）在列管式換熱器屮，殼程有擋板和沒有擋板時，其對流傳熱系數(shù)的計算方 法有何不同？（4）說明列管式換熱器的選型計算步驟？（5）在換熱過程中，冷卻劑的進出口溫度是按什么原則確定的？（6）說明常用換熱管的標準規(guī)格（批管徑和管長）。（7）列管式換熱器小，兩流體的流動方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點？6. 部分設(shè)計問題指導（1）列管式換熱器基本型式的選擇（2）冷卻劑的進出口溫度的確定

12、原則（3）流體流向的選擇（4）流體流速的選擇（5）管了的規(guī)格及排列方法（6）管程數(shù)和殼程數(shù)的確定（7）擋板的型式1.2換熱器的結(jié)構(gòu)形式1. 管殼式換熱器管殼式換熱器乂稱列管式換熱器，是一種通用的標準換熱設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu) 簡單，堅同耐用，造價低廉，用材廣泛，清洗方便，適應(yīng)性強等優(yōu)點，應(yīng)用最為 廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分為以下兒種：(1) 固定管板式換熱器i占i定管板式換熱器兩端的管板與殼休連在一起，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，價格 低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫丼小于50°c且殼方流體較清潔及不易 結(jié)垢的物料。帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力，這 種補

13、償方法適用于兩流體溫井小于70°c且殼方流體壓強不高于600kpa的情況。(2) 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的管板有一個不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭 可以口由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗 和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應(yīng)用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復雜, 造價高。(3) 填料涵式換熱器填料涵式換熱器管束一端可以口由膨脹，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單， 造價低，但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。2. 蛇管式換熱器蛇管式換熱器是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡單，操作最方便的一種換熱設(shè)備，通 常按照換熱方式不同，將蛇管式換

14、熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。3. 套管式換熱器套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內(nèi)管用u型時管順次 連接，外管與外管互相連接而成，英優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能耐高壓，傳熱ifii積可根據(jù)盂要增減, 適當?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動，有利于傳熱。此換熱 器適用于高溫，高壓及小流量流體間的換熱。1. 3換熱器材質(zhì)的選擇在進行換熱器設(shè)計時，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度。 流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，授后還要考慮材料的經(jīng) 濟合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強度或剛度的角度來考

15、慮, 是比較容易達到的，但材料的耐腐蝕性能，冇時往往成為一個復雜的問題。在這方面考慮不 周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而月也大大捉高設(shè)備的成木。至于材料的制 造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。一般換熱器常用的材料，冇碳鋼和不銹鋼。(1) 碳鋼價格低，強度較高，対堿性介質(zhì)的化學腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性 要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為10號和20 號碳鋼。(2) 不銹鋼奧氏體系不銹鋼以lcrl8ni9ti為代表，它是標準的18 8奧氏體不銹鋼，冇穩(wěn)定的奧氏 體組織，具冇良好的耐腐蝕性和冷加工性能。正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊

16、；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑 換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采 用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。(2) 管板管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接口j脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產(chǎn)生顯著的 塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子 為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過4 mpa,設(shè)計溫度不超過 350°c的場合。(3) 封頭和管箱封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。 封頭當殼體直徑較

17、小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接， 封頭與殼體z間用螺紋連接，以便卸卜封頭，檢杳和清洗管了。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進出口的空間稱為管箱，殼徑較人的換熱器大多采 用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。 分程隔板當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱器。對于多管程換 熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)冃 大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強傳熱。管程多者可達16程，常用的有2、4、6程。在布置時應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同 時應(yīng)嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。1. 4管板式換熱器的優(yōu)點(1) 換熱

18、效率咼，熱損失小在最好的工況條件下，換熱系數(shù)可以達到6000w/ m2k,在一般的工況 條件下，換熱系數(shù)也可以在30004000 w/ m2k左右，是管殼式換熱器的35 倍。設(shè)備本身不存在旁路，所冇通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍 流，進行充分的換熱。完成同一項換熱過程，板式換熱器的換熱而積僅為管殼式 的 1/ 31/ 4。(2) 占地而積小重量輕除設(shè)備本身體積外，不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片 的厚度僅為0. 60. 8mm。同樣的換熱效果，板式換熱器比管殼式換熱器的占 地而積和重量要少五分z四。(3) 污垢系數(shù)低流體在板片間劇烈翻騰形成湍流，優(yōu)秀的板片設(shè)計避免了死區(qū)

19、的存在，使得雜質(zhì)不易在通道屮沉積堵塞，保證了良好的換熱效果。(4) 檢修、清洗方便換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起，當檢修、清洗時，僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進行沖刷清洗。(5) 產(chǎn)品適用面廣設(shè)備最高耐溫可達180 °c，耐壓2. ompa ,特別適應(yīng)各種工藝過程中 的加熱、冷卻、熱冋收、冷凝以及單元設(shè)備食品消毒等方面，在低品位熱能冋收 方面，具有明顯的經(jīng)濟效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對腐蝕性的要 求。當然板式換熱器也存在一定的缺點，比如工作壓力和工作溫度不是很 高，限制了其在較為復雜工況中的使用。同時由于板片通道較小,也不適宜用于 雜質(zhì)較多，顆粒較大的介質(zhì)。1. 5

20、列管式換熱器的結(jié)構(gòu)介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。(1) 換熱管布置和排列間距常用換熱管規(guī)格有 019x2mm、25x2 mm(lcrl8ni9ti) > 025x2. 5mm(碳 鋼10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時，對于相同的 殼徑，可排列較多的管了，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬 耗量更少。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、 三角形錯列和同心圓排列。圖1-4換熱管在管板上的排列方式(a)正方形直列(b)正方形錯列(0三角形直列(d)三角形錯列(e)同心圓排列正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列

21、用于小殼徑換熱器，外i員i管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采 用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。(2) 管板管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接叮脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產(chǎn)生顯著的 塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的口的。脹接法一般用在管子 為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過4 mpa,設(shè)計溫度不超過 350°c的場合。(3) 封頭和管箱封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。 封頭當殼體宜徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或

22、螺紋連接， 封頭與殼體z間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進出i的空間稱為管箱，殼徑較大的換熱器大多采 用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。 分程隔板當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱器。對于多管程換 熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管了數(shù)目 大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強傳熱。管程多者可達16程，常用的有2、 4、6程。在布置時應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同 時應(yīng)嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。1. 6管板式換熱器的類型及工作原理板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式

23、、焊接式、釬焊式等形式； 按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平真波、球形波等形式；按照密封墊可以 分為粘結(jié)式和搭扌ii式。各種形式進行組合可以滿足不同的工況需求，在使用中更 有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還兇采用粘結(jié)式還是搭扌ii式密封墊而有 所不同，采用搭扌ii式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對板片的 腐蝕，并冃設(shè)備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器，可以達到250 °c、2. 5mpa。因此同樣是板式換熱器，因其形 式的多樣性,可以應(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域，在大多數(shù)熱交換工藝過程都可以使用。雖然板式換熱器有多種形式，但其工作原理大致

24、相同。板式換熱器主要是通 過外力將換熱板片夾緊組裝在一起，介質(zhì)通過換熱板片上的通孔在板片表面進 行流動，在板片波紋的作用下形成激烈的湍流，猶如用筷子攪動杯中的熱 水，加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動，湍流形成的大量 換熱面與板片接觸，通過板片來進行充分的熱傳遞，達到最終的換熱效果。冷熱 介質(zhì)的隔離主要通過密封墊的分割，或者通過大量的焊縫來保證，在換熱板片 不開裂穿孔的情況下，冷熱介質(zhì)不會發(fā)生混淆。1. 7確定設(shè)計方案1選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進口溫度140°c出口溫度40°c；冷流 休進口溫度30°c,出口溫度為40°

25、c,該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季 操作吋，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度 和殼體溫度之差較犬，因此初步確定選用列管式換熱器。2管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使煤油走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由 于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換 熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。2. 1設(shè)計參數(shù)煤油的定性溫度:丁 140 + 401 = 90°c定壓比熱容cp0 = 2. 20kj/kg°c熱導率入 0 = 0. 14w/m°c粘度u 0 = 0. 715mpa s水的定性溫度:0 + 40*

26、2密度p i=994. 4kg/m3定壓比熱容cpi=4. 143kj/kg°c熱導率x i=0. 601w/ m°c粘度u i=0. 955m pa s2. 2計算總傳熱系數(shù)1、熱流量q() = mvcf)(at = 5976x2.20x(140-40) = 1314720 kj/h=365.68 kw 平均傳熱溫差atml=(atl-at2)/ln (atl/at2) = (100-10)/ln (100/10)式屮：ar, =140-40 = 100°c , ar2 =40-30 = 10°c求得 =39 °c2、冷卻水用量0()1314

27、720zi /ixm. = 31505 (kg/h)'cqt 473x(40-30)3計算傳熱面積求傳熱面積需要先知道k值，根據(jù)資料查得煤油和水之間的傳熱系數(shù)在350 w/(m2. °c)左右，先取k值為300w/(rtf. °c)計算由 q=kaatm 得ktm365168300x37.44= 32.5(m2)2. 3工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速選用25x2.5較高級冷拔傳熱管(碳鋼)，取管 內(nèi)流速 th二5. 5m/so葉 v _ 31505/(3600x994.3) _ 彳彳 兀腫 0.785 x0.022x 5.5 -按單程管計算，所需的傳熱管長度為2.管

28、程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)l=32.53.14x0.025x44-42/77按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用非標設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長i=7m,則該換熱器的管程數(shù)為nt _厶 42<np-=6i 7傳熱管總根數(shù)nt二44x6二2643.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)p_ 40-30140-30按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)得:平均傳熱溫差=抵伽=0.96x39 = 37.44 °c由于平均傳熱溫差校止系數(shù)大于0. 8,同時殼程流體流量較大， 故取單殼程合適。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

29、用正方形排列。取管心距 t=1.25d0,則 t=1.25x25=31.2532 mm隔板中心到離其最近一排管中心距離按式(3-16)計算s二t/2+6二32/2+6二22 mm各程相鄰管的管心距為44 mmo5. 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0. 75，則殼體內(nèi)徑為：d二 1. 05t jn廠 / = 1.05x32/104/0.75 = 400加加按卷制殼體的進級檔，可取d二400mm6. 折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為：h二0.25x400二 100m,故可 取 h= 100mm取折流板間距b二0. 3d,貝ij b二0. 3

30、x400二120mm,可取b為150伽。折流板數(shù)目nb=傳熱管長折流板間距-1 =7000120-1 = 57.6-582.41熱流量核算(1) 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計算得：% = o.36reo055 pr%(z)o4當量直徑：4少一弘2d. = l=0.02m殼程流通截血積：1c c=0.0096» =bdq_¥)= 450 x 400(1 - j|)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:5976/(3600x90)= 0 2皿°0.00960.02x0.21x901.5x10-5= 25185普朗特數(shù):3.297x2 x1.5x10”0.02791.773粘度

31、校正:(“)0.14-16xx251855.773%= 925.5w/m2 -k(2) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):ai =0.023令 re。8 pr04管程流體流通截面積:5/=0.785x0.0x = 0.0396管程流體流速:31505/(3600x994.3),u =l 0.046m / s10.0396re = 0.02 xl.306x 994.3 /(0.742 xl0"3) = 35002普朗特數(shù):,4.174x103x0.742x103,pr = 4.960.624a = 0.023xx 35002°8 x 4.96°4 = 5887vv/ m2 .k1

32、0.02（3）污垢熱阻和管壁熱阻：管外側(cè)污垢熱阻ro = 0.0004m2管內(nèi)側(cè)污垢熱阻rt = 0.0006m2-jt/vv管壁熱阻按碳鋼在該條件卜'的熱導率為50w/（m k） o 所以：=0.0025 = 0.00005加2-k/w150（4）傳熱系數(shù)=400w/ m2 k+心+（5）傳熱面積裕度依式3-35可得所計算傳熱面積ac為:_ 365168-400x39=20/n2該換熱器的實際傳熱面積為apa” = 7id <,in t = 3.14 x 0.025 x 7 x 264 = 24/n2該換熱器的面積裕度為： 24-2020= 16.1%傳熱面積裕度合適，該換熱器

33、能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2.42壁溫計算因為管壁很薄，而且壁熱阻很小。冬季操作時，循環(huán)水的 進口溫度將會降低。為確保可靠，取循環(huán)冷卻水進口溫度為30°c, 出口溫度為40°c計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 較大，會使傳熱管壁溫升高，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。計算 中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計 算傳熱管壁溫。于是有：式中液體的平均溫度匚和氣體的平均溫度分別計算為5 =0.4x39+0. 6x15二246°c7； = ( 140+40)/2二 90°cac =

34、ai =5887w/m2 kah = a（） =925. 5w/m2 k傳熱管平均壁溫g = 35.4 °c殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即t=90°co殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為4 = 90-35.4 = 54.6 °c。2.4.3.換熱器內(nèi)流體的流動阻力(1) 管程流休阻力嚴®)nsnpfs> 2n$ = 1 , np = 2 ,= & -di 2由re二25185,傳熱管對粗糙度0.01,查莫狄圖得人=0.04,流速 u二0. 55m/s,p = 9943kg/m 所以：a 八心 7().552 x994.3 a" cnp. =0.04xx2129.8p6/' 0.02 2人 小 2994.3 xo.552 卡“pr = c - = 3x= 454pq