1、2.4 列管換熱器設計例如某生產過程中，需將6000 kg/h的油從140冷卻至40，壓力為0.3MPa；冷卻介質采用循環水，循環冷卻水的壓力為0.4MPa，循環水入口溫度30，出口溫度為40。試設計一臺列管式換熱器，完成該生產任務。 1確定設計方案 1選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140，出口溫度40冷流體(循環水)進口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計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的固定管板式式換熱器。 2流動空間及流速確實定 由于循環冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環水

2、走管程，油品走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，管內流速取ui=/。 2確定物性數據 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 殼程油的定性溫度為()管程流體的定性溫度為()根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。 油在90下的有關物性數據如下： 密度 o=825 kg/m3定壓比熱容 cpo=2.22 kJ/(kg·)導熱系數 o=0.140 W/(m·)粘度 o=0.000715 Pa·s循環冷卻水在35下的物性數據： 密度 i=994 kg/m3定壓比熱容 cpi=4.08 kJ/(kg·)導熱系數 i=0.626 W/(m

3、3;)粘度 i=0.000725 Pa·s3計算總傳熱系數 1熱流量 Qo=Wocpoto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW)2平均傳熱溫差 ()3冷卻水用量 (kg/h)4總傳熱系數K 管程傳熱系數 W/(m·)殼程傳熱系數 假設殼程的傳熱系數o=290 W/(m2·)； 污垢熱阻Rsi=0.000344 m2·/W , Rso=0.000172 m2·/W管壁的導熱系數=45 W/(m·)=219.5 W/(m·)4計算傳熱面積 (m2)考慮

4、15的面積裕度，S=1.15×S=1.15×42.8=49.2(m2)。 5工藝結構尺寸 1管徑和管內流速 選用25×2.5傳熱管(碳鋼)，取管內流速ui=/s。 2管程數和傳熱管數 依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數 按單程管計算，所需的傳熱管長度為(m)按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。現取傳熱管長L=6m，那么該換熱器管程數為(管程)傳熱管總根數 N=58×2=116(根)3平均傳熱溫差校正及殼程數 平均傳熱溫差校正系數 按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關圖表。但R=10的點在圖上難以讀出，因而相應以1/R代替R，PR代替P，查

5、同一圖線，可得t=0.82平均傳熱溫差tm=ttm=0.82×39=32()4傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，那么 t=1.25×25=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(根)5殼體內徑 采用多管程結構，取管板利用率0.7，那么殼體內徑為 (mm)圓整可取D450mm 6折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25，那么切去的圓缺高度為h0.25×450112.5(mm)，故可取h110 mm。 取折流板間距B0.3D，那么B0.3×450135(

6、mm)，可取B為150。 折流板數 NB=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。 7接管 殼程流體進出口接管：取接管內油品流速為 u1.0 m/s，那么接管內徑為 取標準管徑為50 mm。 管程流體進出口接管：取接管內循環水流速 u1.5 m/s，那么接管內徑為 6換熱器核算 1熱量核算 殼程對流傳熱系數 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑，由正三角形排列得 (m) 殼程流通截面積 (m) 殼程流體流速及其雷諾數分別為 普蘭特準數 粘度校正 W/(m2·) 管程對流傳熱系數 管程流通截面積(m2) 管程流體流速 普蘭特準數W/(m2&#

7、183;) 傳熱系數K=310.2 W/(m·)傳熱面積S(m2)該換熱器的實際傳熱面積Sp( m2)該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度適宜，該換熱器能夠完成生產任務。 2換熱器內流體的流動阻力 管程流動阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re13628，傳熱管相對粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.037 W/m·， 流速ui0.497 m/s，994 kg/m3，所以 管程流動阻力在允許范圍之內。 殼程阻力 Po=(P1+P2)FtNsNsl，Ftl流體流經管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力 總阻力Po1202636

8、.21838.2(Pa)10 kPa殼程流動阻力也比擬適宜。 換熱器主要結構尺寸和計算結果 換熱器主要結構尺寸和計算結果見表2-13。 表2-13換熱器主要結構尺寸和計算結果 換熱器形式：固定管板式管口表換熱面積m2:48符號尺寸用途連接型式工藝參數aDN80循環水入口平面名稱管程殼程bDN80循環水出口平面物料名稱循環水油cDN50油品入口凹凸面操作壓力，MPadDN50油品出口凹凸面操作溫度，29/39140/40eDN20排氣口凹凸面流量，kg/h323536000fDN20放凈口凹凸面流體密度，kg/m3994825附圖 流速，m/s傳熱量，kW總傳熱系數，W/m2·K傳熱系數，W/m