換熱器的設(shè)計(jì)-化工課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 換熱器的設(shè)計(jì)班級(jí)： 化工 3班 姓名： 魏靜媛 學(xué)號(hào)： 10081265 指導(dǎo)教師：肖少華日 期：2013-06-12 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱化工原理課程設(shè)計(jì)課程代碼設(shè)計(jì)時(shí)間2013年6月12日指導(dǎo)教師肖少華專 業(yè)化學(xué)工程與工藝班 級(jí)3班一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（題目）及要求（一）設(shè)計(jì)任務(wù)：換熱器設(shè)計(jì)（列管式換熱器）年處理煤油x萬噸（x=學(xué)號(hào)后兩位數(shù)除以2+學(xué)號(hào)后兩位數(shù)字的差值的絕對(duì)值，比如學(xué)號(hào)10081279，就是79/2+|7-9|=39.5+2=41.5）【其中，學(xué)號(hào)為11081009的同學(xué)的處理任務(wù)是25萬噸】設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1） 煤油：入口溫度140，出口溫度40（2）

2、 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度20，出口溫度40（3） 允許壓強(qiáng)降：不大于100kPa（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.)（5） 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行（6） 建廠地區(qū)：大氣壓為760mmHg（二）設(shè)計(jì)要求1、學(xué)生應(yīng)在老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，題目不可更換。2、查閱相關(guān)資料，自學(xué)具體課題中涉及到的新知識(shí)。3、最后提交的課程設(shè)計(jì)成果包括：a)課程設(shè)計(jì)說明書紙質(zhì)文件及電子文件。b)課程設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)文件及電子文件。二、對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求（包括課程設(shè)計(jì)說明書、圖紙、

3、圖表、實(shí)物等軟硬件要求）1、分析課程設(shè)計(jì)題目的要求；2、寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)說明；3、寫出詳細(xì)計(jì)算過程、經(jīng)驗(yàn)值的取舍依據(jù)；4、設(shè)計(jì)完成后提交課程設(shè)計(jì)說明書及相關(guān)設(shè)計(jì)圖；5、設(shè)計(jì)說明書應(yīng)內(nèi)容充實(shí)、寫作規(guī)范、項(xiàng)目填寫正確完整、書面整潔、版面編排、圖表繪制符合要求。6、計(jì)算過程使用的符號(hào)符合參考資料中的要求，設(shè)計(jì)內(nèi)容按參考資料設(shè)計(jì)示例執(zhí)行。三、主要參考資料1 賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設(shè)計(jì).天津大學(xué)出版社,2002年6月.2 陳敏恒，潘鶴林.化工原理（少學(xué)時(shí)）.華東理工大學(xué)出版社，2008年8月.指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：目錄1綜述32課程設(shè)計(jì)任務(wù)書33換熱器的簡(jiǎn)介與分類 43.1換熱器的簡(jiǎn)

4、介 43.2換熱器的種類及特點(diǎn) 53.3換熱器材質(zhì)的選擇 103.4管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn) 123.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 133.6管板式換熱器的類型及工作原理 153.7確定設(shè)計(jì)方案 164設(shè)計(jì)計(jì)算17 4.1 流動(dòng)空間以及流速的確定 17 4.2 確定流體流動(dòng)及進(jìn)出口溫度 19 4.3 計(jì)算兩流體的平均溫度差 20 4.4 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量205換熱器主要附件的確定及工藝結(jié)構(gòu)尺寸 215.1 污垢熱阻215.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 215.3 平均溫度校正和殼程數(shù)235.4 換熱管排列和分程法 236核算總傳熱系數(shù) 246.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 246.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 246.3 總

5、傳熱系數(shù)256.4 設(shè)計(jì)裕度 256.5 壁溫計(jì)算 257核算壓強(qiáng)降267.1 管程壓強(qiáng)降 267.2 殼程壓強(qiáng)降 278換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 289換熱器的安裝與維修 3010結(jié)束語 3111.參考文獻(xiàn) 321.綜述 換熱器的分類與比較，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式，換熱器基本上可分為三大類即間壁式混合式和蓄熱式，其中間壁式換熱器應(yīng)用最多，所以主要討論此類換熱器。2.設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)任務(wù)：換熱器設(shè)計(jì)（列管式換熱器）年處理煤油33.5萬噸設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（6） 煤油：入口溫度140，出口溫度40（7） 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度20，出口溫度40（8） 允許壓強(qiáng)降：不大于100kPa

6、（9） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.)（10） 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行（6） 建廠地區(qū)：大氣壓為760mmHg3換熱器的簡(jiǎn)介與分類3.1換熱器的簡(jiǎn)介換熱器就是用于存在溫度差的流體間的熱交換設(shè)備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反之則吸收熱量。工藝流體之間的熱量傳遞是大多數(shù)化工過程中的一個(gè)重要組成部分，在化工過程和有關(guān)工業(yè)中使用換熱器的主要類型如下：（1）套管式換熱器：最簡(jiǎn)單的類型，用于冷卻和加熱；（2）列管式換熱器：用于各種用途；（3）板框式換熱器

7、（板式換熱器）：用于加熱及冷卻；（4）空氣冷卻器：用于冷卻和冷凝；（5）直接接觸式冷卻器：冷卻和急冷。列管式和板式，各有優(yōu)點(diǎn)，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應(yīng)用于化工、石油、能源等設(shè)備;板式則以其高效、緊湊的特點(diǎn)大量應(yīng)用于工業(yè)當(dāng)中。其中列管式換熱器又可以分為固定板式換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器、U型管式換熱器、釜式換熱器。3.2換熱器的種類及特點(diǎn)1.管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，造價(jià)低廉，用材廣泛，清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為以下幾種：（1） 固定管板式換熱器固定管板式換熱器 它由殼

8、體、管束、封頭、管板、折流擋板、接管等部件組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，兩端的管板與殼體連在一起，管束兩端固定在管板上，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，價(jià)格低廉，每根換熱管都可以進(jìn)行更換，且管內(nèi)清洗方便，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50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(bǔ)償方法適用于兩流體溫差小于70且殼方流體壓強(qiáng)不高于600Kpa的情況。雙管程固定管板換熱器帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器（2） 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的管板有一個(gè)不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，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

9、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(fù)雜，造價(jià)高。（3） 填料涵式換熱器填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，管束可從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。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。且填料函耐壓不高，一般小于4.0Mpa，填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場(chǎng)合。填料函式換熱器（4）U 型管式換熱器U型管式換熱器是只有一個(gè)管板，換熱管為U型，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與 U 型換熱管有

10、溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管間清洗方便，但管內(nèi)清洗比較困難，利用率較低，殼程易短路，報(bào)廢率較高。因而U 型管式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢，而管程介質(zhì)清潔不易結(jié)垢以及高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)合。一般高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)走管內(nèi)，可使高壓空間減小，密封易解決，并可節(jié)約材料和減少熱損失。U形管管殼式換熱器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(jiǎn)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(shí)管順次連接，外管與外管互相連接而成

11、，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當(dāng)?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(dòng)，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。3.3換熱器材質(zhì)的選擇在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)材料的制造工藝性能等的要求來選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)到的，但材料的耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工

12、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，有碳鋼和不銹鋼。 （1）碳鋼 價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)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(hào)和20號(hào)碳鋼。 （2）不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以1Crl8Ni9Ti為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的18-8奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有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；正方形排列便于機(jī)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(cuò)列排列居多，也有正三角形

13、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。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴(kuò)脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)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(jì)壓力不超過4 MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過 350的場(chǎng)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(dāng)殼體直徑較小時(shí)常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,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

14、子時(shí)需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時(shí)，可采用多管程換熱器。對(duì)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)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強(qiáng)傳熱。管程多者可達(dá)16程，常用的有2、4、6程。在布置時(shí)應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強(qiáng)傳熱，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。3.4管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)(1) 換熱效率高,熱損失小        在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/ m2K,

15、60;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,所有通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)換熱過程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/ 31/ 4。(2) 占地面積小重量輕        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,

16、60;板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(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(jì)避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,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(dāng)檢修、清洗時(shí), 僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)行沖刷清洗。(5) 產(chǎn)品適用面廣 

17、;       設(shè)備最高耐溫可達(dá)180 , 耐壓2. 0MPa , 特別適應(yīng)各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設(shè)備食品消毒等方面, 在低品位熱能回收方面, 具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對(duì)腐蝕性的要求。        當(dāng)然板式換熱器也存在一定的缺點(diǎn), 比如工作壓力和工作溫度不是很高, 限制了其在較為復(fù)雜工況中的使用。同時(shí)由于

18、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)。3.5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19×2 mm、25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、25×2.5 mm(碳鋼10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，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(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列。  （A） （B）（C）  （D） （E）圖 1-4 換熱管在管板上

19、的排列方式(A) 正方形直列     （B）正方形錯(cuò)列    (C) 三角形直列     （D）三角形錯(cuò)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(jī)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(cuò)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。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴(kuò)脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠

20、管子與管板間的擠壓力達(dá)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(jì)壓力不超過4 MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過350的場(chǎng)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(dāng)殼體直徑較小時(shí)常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,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(shí)需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時(shí)，可采用多管程換熱器。對(duì)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

21、數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強(qiáng)傳熱。管程多者可達(dá)16程，常用的有2、4、6程。在布置時(shí)應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強(qiáng)傳熱，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。3.6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、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、平直波、球形波等形式; 按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進(jìn)行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對(duì)性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同, 采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對(duì)板片的腐蝕, 

22、;并且設(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(dá)到250 、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(jìn)行流動(dòng), 在板片波紋的作用下形成激烈的湍流, 猶如用筷子攪動(dòng)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(dòng),湍流形成的大量

23、換熱面與板片接觸, 通過板片來進(jìn)行充分的熱傳遞,達(dá)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(huì)發(fā)生混淆。3.7確定設(shè)計(jì)方案選擇換熱器的類型:兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140 出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度20，出口溫度為40，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器。4.設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 流動(dòng)空間以及流速的確定4.2.1流體流動(dòng)空間的選擇在列管式換熱器中，哪一種流體流

24、經(jīng)管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，取決于多種因素。 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因?yàn)楣艹糖逑幢容^方便。 腐蝕性的流體宜走管程，以免時(shí)管子和殼體同被腐蝕，且管程便于檢修與更換。 壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對(duì)外的散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果。 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗 有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。 流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動(dòng)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re>100）下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱系數(shù)。 若兩流體溫差較大，宜使對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體

25、走殼程，因壁面溫度與大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。綜合以上的選擇原則,從增加兩物流的傳熱膜系數(shù)看，應(yīng)使煤油走管程，冷卻水走殼程。4.2.2流體流速的選擇流體流速的選擇涉及到傳熱系數(shù)、流動(dòng)阻力及換熱器結(jié)構(gòu)等方面。增大流速，可加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢的形成，使總傳熱系數(shù)增大；但同時(shí)使流動(dòng)阻力加大，動(dòng)力消耗增多；選擇高流速，使管子的數(shù)目減小，對(duì)一定換熱面積，不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)，管子太長(zhǎng)不利于清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶄鳠釡夭钕陆?。因此，一般需通過多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范圍，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。選擇流速時(shí)，應(yīng)盡可能避免在層流下流動(dòng)。表1 管殼

26、式換熱器中常用的流速范圍 流體的種類一般流體易結(jié)垢液體氣體流速，m/s管程0.5 3.0> 1.05.0 30殼程0.2 1.5> 0.53.0 15表2 管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速 液體粘度，mPa·s> 15001500 500500 100100 3535 1< 1最大流速，m/s0.60.751.11.51.82.4表3 管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度 液體名稱乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允許速度，m/s< 1< 2 3< 10 由于冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流

27、量下降；又被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱。所以從總體考慮，應(yīng)使冷卻水走管程，煤油走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取0.8m/s。4.2 確定流體流動(dòng)及進(jìn)出口溫度定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程煤油的定性溫度為 T=90（） 管程流體的定性溫度為取進(jìn)口溫度20，出口溫度40 t=30()根據(jù)定性溫度分別查取流體的有關(guān)物理性質(zhì)數(shù)據(jù)可得煤油在90的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) =0.14W/(m·)粘度 =7.15×10-4Pa·s冷卻水在30的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 4.3計(jì)算兩流體的平均溫度差

28、=49.7084.4計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量 4.5.1 熱流量冷卻水用量4.5.2總傳熱系數(shù)假設(shè)總傳熱系數(shù) K = 400 5換熱器主要附件的確定及工藝結(jié)構(gòu)尺寸 5.1污垢熱管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 管壁熱阻按碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(m·K)。所以：5.2管程數(shù)和傳熱管當(dāng)換熱器的換熱面積較大而管子又不能很長(zhǎng)時(shí)，就得排列較多的管子，為了提高流體在管內(nèi)的流速，需將管束分程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流動(dòng)阻力加大，動(dòng)力能耗增大，同時(shí)多程會(huì)使平均溫差下降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮。管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有 1、2、4、6 四種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)相等。管程數(shù)N按下式計(jì)

29、算：N=u/v式中 u管程內(nèi)流體的適宜流速；V管程內(nèi)流體的實(shí)際流速。5.2.1計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度 5.2.2管徑和管內(nèi)流速選用25×2.5的傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速為=0.8 m/S5.2.3管程數(shù)和傳熱管數(shù) =按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在取L=9米管，該換熱器管程數(shù)為Np = 54.91 / 9=6傳熱管總根數(shù) Nt=35×6=2105.3平均溫度校正和殼程數(shù)5.3.1平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)得： 平均傳熱溫差 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。

30、5.3.2熱流量的校正 Q = K A = 400150.8647.4 = 2838581.76 5.4換熱管排列和分程法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角排列,隔板兩惻采用正方形排列.取管心距,則橫過管束中心線的管數(shù) 采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率0.7,則殼體內(nèi)徑為 取600mm5.5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 故可取150 取折流板間距， 則 可取B為250mm。 折流板數(shù) 折流板圓缺面水平裝配。6 核算總傳熱系數(shù)6.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板,可采用克恩公式 當(dāng)量直徑,由正方形排列得 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分

31、別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 粘度校正 6.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流通截面積 管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 6.3 總傳熱系數(shù) 6.4設(shè)計(jì)裕度6.4.1傳熱面積 該換熱器的實(shí)際傳熱面積 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(chǎn)任務(wù)6.6.壁溫計(jì)算 因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小。冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？煽?，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為30，出口溫度為40計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)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(jì)算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污

32、垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是有: 式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計(jì)算為 0.4×39+0.6×15=24.6 (140+40)/2=90 5887w/·k 925.5w/·k傳熱管平均壁溫 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 。7核算壓強(qiáng)降7.1 管程壓強(qiáng)降 , , , 由，傳熱管相對(duì)粗糙度0.005，查圖摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系得，流速， 所以 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。7.2 殼程壓強(qiáng)降 ,.15 流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力 . 總阻力 殼程流動(dòng)阻力也合適8 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：固定管板式換熱器面積（）：131.18工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水煤油操作壓力，MPa0.40.3操作溫度，20/4040/140流量，kg/h31215.6042297.98流體密度，kg/995.7825流速，m/s1.2061.81傳熱量，kw2608.4總傳熱系數(shù)，w/·k497.34對(duì)流傳熱系數(shù)，w/·k4948.2931.38污垢系數(shù)，·k/w0.000210.00018阻力降，MPa0.06410.111程數(shù)21使用材料碳