列管式換熱器的設(shè)計計算

1、2.4列管換熱器設(shè)計示例某生產(chǎn)過程中，需將6000kg/h的油從140c冷卻至40C,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40Co試設(shè)計一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。1 .確定設(shè)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(jìn)口溫度140C,出口溫度40c冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30C,出口溫度40C。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，熱器。(2)流動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,的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/s。2 .確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)

2、口溫度的平均值。冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素,因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用625X2.5T.四口殼程油的定性溫度為2(C)管程流體的定性溫度為30+40”=Jj2(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：3號度po=825kg/m定壓比熱容cpo=2.22kJ/(kgC)導(dǎo)熱系數(shù)?o=0.140W/(m-C)粘度2=0.000715Pas循環(huán)冷卻水在35c下的物性數(shù)據(jù)：密度定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)粘度d=994kg/m3cpi=4.08kJ/(kgC)X=0.626W/(m：C)4=0.0007

3、25Pas3.計算總傳熱系數(shù)(1)熱流量Qo=WbcpoAto=6000X2.22)(140-40)=1.32106kJ/h=366.7(kW)(2)平均傳熱溫差%-%=(140-40)-(40-%)M-丁甌.140-40In-In皿40-3039(C)(3)冷卻水用量1320000408x(40-30)32353(kg/h)(4)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)=13670必_002x0,5x994-0,000725e0.626iqos4.08xl03x0.00072512731W/(m-C)0.023xx13670x0.020、0.626/殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)«o=290W/(

4、m20；污垢熱阻Rsi=0.000344m2：C/W,Rso=0.000172m2C/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/(m-C)0.0252731x0020+00003440.0250.0200.0025x0.02545kO02251-1000172+1290按單程管計算，所需的傳熱管長度為49.23,14x0.025x58=10.8(m)=219.5W/(mC)4 .計算傳熱面積-衛(wèi)J?！?。ma二工153；局考慮15%的面積裕度，S=1.15XS'=1.15X42.8=49<)m5 .工藝結(jié)構(gòu)尺寸(1)管徑和管內(nèi)流速選用625X2.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s。(2

5、)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)576陽58(根)32353/(994*3600)0,785x0,0x0,5按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長L=6m,則該換熱器管程數(shù)外”=四口2為6(管程)傳熱管總根數(shù)N=58X2=116(根)(3)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)140-4040-3040-30=10二0091140-30第2章?lián)Q熱器設(shè)計按單殼程，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。At=0.82平均傳熱溫差A(yù)tm=(f)AtAt'm=0.8

6、2X39=32(C)(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)采用正方形排列。取管心距t=1.25d0,則t=1.25X25=31.25=32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)%=L19而=1,19M(根)(5)殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率Y=0.7,則殼體內(nèi)徑為-：(mm)圓整可取D=450mm(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(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)NB=傳熱管長/折流板間距-

7、1=6000/150-1=39(塊)折流板圓缺面水平裝配。(7)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4xfiODO/(3fiOOx325)314kIFu=1.5m/s,則接管內(nèi)徑為取標(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=0.08鼠胞)6.換熱器核算(1)熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式當(dāng)量直徑，由正三角形排列得EJi4(Z2-f)4(；x0.032a-fxO.0252)=0.020(m)3.14x0.0252.2殼程流通截面積以=妝1-與015x0.45x(1-竺0,020=0.01476:仁:(m)殼程流體流速及

8、其雷諾數(shù)分別為6000/(3600x825)n1?7<.、%=Q,137Ms)00.01476n0.02x0.0137x825)入Re”=316150.000715普蘭特準(zhǔn)數(shù)pr=2.22x10715x10=11340140(與虱%1粘度校正的二G36x電”x316lQ*xll34*4760.02W/(m2-C)管程對流傳熱系數(shù)烏=Q0234r/Pm管程流通截面積'I1"(m2)管程流體流速32353/(3600x994)u-=:0.0182n0.02x0.497x994)Re啟=1°O725xW3=0497圖/s)=13628408x100725x1。-&#

9、39;)Pr=4.73普蘭特準(zhǔn)數(shù)0.6262一W/(mC)傳熱系數(shù)K吧J+0.0344乂些+00+0,000172+,2721x0.0200.02045x0.0225476=310.2W/(mC)傳熱面積S6一2一3667乂1叱369上，JluL：J2(m2)該換熱器的實際傳熱面積Sp."Im2)該換熱器的面積裕度為S-S4go-369H二一X100%=內(nèi)0酰=30J%S36.9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)流體的流動阻力管程流動阻力E/Pi=(P1+AP2)FtNsNpNs=1,Np=2,Ft=1.5由宇竺怔“Qd22仁0.037W/m,由Re=13628,傳熱管相對粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄圖得流速ui=0.497m/s,p=994kg/m3,所以6994x0497a月=0X37x-x-：=1362.7(尸3)1 0.022A0994x0497°嗔反”、咯=C-=3x=368.3(Pa)2 u£%二(13627+3683)x15x2=5193(玲)管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力E/Po=(P1榨2tNsNs=l,Ft=l流體流經(jīng)管束的阻力流體流過折流板缺口的阻力第=必.5-竺應(yīng)I