換熱器設(shè)計的說明

管殼式換熱器設(shè)計的相關(guān)說明圖10-7管殼式換熱器示意圖換熱管規(guī)格常用換熱管規(guī)格有^19x2mm、^25x2mm（1Crl8Ni9Ti）、^25x2.5mm（碳鋼10）。標(biāo)準(zhǔn)管子的長度常用的有1.0m，1.5m，2.0m，2.5m，3.0m，4.5m，6.0m，7.5m，9.0m，12.0m等。各組統(tǒng)一選用^19x2mm的管子，管材的導(dǎo)熱系數(shù)43.2W/（mK）流速的確定當(dāng)流體不發(fā)生相變時，介質(zhì)的流速高，換熱強(qiáng)度大，從而可使換熱面積減少、結(jié)構(gòu)緊湊，成本降低，一般也可抑止污垢的產(chǎn)生。但流速大也會帶來一些不利的影響，諸如壓降及增加，泵功率增大，且加劇了對傳熱面的沖刷。熱交換器常用流速的范圍見表2-1。表2-1熱交換器常用流速的范圍介質(zhì)循環(huán)水新鮮水一般液體易結(jié)垢液體低粘度油高粘度油氣體管程流速，m/s1.0?2.00.8?1.50.5?3>1.00.8?1.80.5?1.55?30殼程流速，m/s0.5?1.50.5?1.50.2?1.5>0.50.4?1.00.3?0.82?15推薦的管內(nèi)流速0.6-1.2m/s殼側(cè)流速0.5-1m/s總管數(shù)、管程數(shù)、殼程數(shù)的確定（1）單程管子根數(shù)的確定根據(jù)選定的流速u和管子內(nèi)徑計算單根管子的流量，1/q=4汨2xuxp單程管子的根數(shù)『m/dm應(yīng)取整數(shù)，最后還應(yīng)該按照實際布置的方便性進(jìn)行調(diào)整。（2）若按單程設(shè)計每根管子的長度可根據(jù)估算的傳熱面積計算（3）管程數(shù)的確定根據(jù)上面計算的長度，再選取合適的標(biāo)準(zhǔn)管子的長度如選取管長為I"m，則管程數(shù)m==管程數(shù)應(yīng)取2的倍數(shù)，且不亦過大。（4）換熱器的管子數(shù)，n=mxn1殼體直徑殼體內(nèi)徑應(yīng)不小于管板直徑，初步設(shè)計中，可以按下式確定D=P（n-1）+2b'tc式中D 殼體內(nèi)徑，mmPt兩管子中心的距離稱為管心距（或管間距），在此用Pt表示，一般是管外徑的1.25倍。b'——管束中心線上最外層管的中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般b'=（i~i.5）d。。nc——位于管束中心線上的管數(shù)，與總管數(shù)n和管子排列方式有關(guān)。管子按三角形排列時：n=1.1（n。c多管程熱交換器殼體內(nèi)徑與管程數(shù)有關(guān)，可用下式估算：D=1.05%：* （2-10）式中的n為管板利用率，取值范圍為：管子正方形排列時，二管程〃=0.55?0.7，四管程n=0.45?0.65；管子三角形排列時，二管程n=0.7?0.85，四管程n=0.6?0.8。計算得到的殼體內(nèi)徑應(yīng)圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)尺寸（見表2-4）。表2-4殼體內(nèi)徑和壁厚的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，mm殼體內(nèi)徑325440500600700800900100011001200最小壁厚8101214可增加300、350、400、550、650等尺寸折流板一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的1/5或者不小于50mm，最大值決定于支持管所必要的最大間隔。一般B=0.2D?D，標(biāo)準(zhǔn)尺寸可取100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。建議選取100或150mm，最終根據(jù)流速確定管子內(nèi)側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算選用下面的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=0.023Re0.8Prn,n=］。'勺七0.3,t<twf殼側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算選用下面的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=0.36Re0.55Pr1/3可參照教材172頁的介紹和例題10-4

設(shè)計任務(wù)書設(shè)計一個管殼式換熱器，用冷水冷卻參數(shù)如下:條件熱流體冷流體備注工質(zhì)水水進(jìn)口溫度70C15C出口溫度20C流量20t/h20t/h工作壓力一、設(shè)計計算1、 方案確定（1） 熱交換器的類型的選擇考慮到熱交換器的管壁溫度和殼體溫度之差不需很大，因此選定為管殼式熱交換器。（2） 流程的選擇由于逆流換熱的換熱溫差大，因此本次設(shè)計采用逆流換熱。由于廢熱水易結(jié)垢，因此令廢熱水走管程；令冷卻水走殼程。2、 計算物性參數(shù)（2）自來水的物性參數(shù)冷卻水的進(jìn)口溫度：七'=20°C冷卻水的出口溫度：t「=40C定性溫度：七=馬二=我四=30C查得30°C下自來水的物性參數(shù)如下:密度P密度P2=995.7kg[m3導(dǎo)熱系數(shù)人=0.618W.；(m-K)2普朗特數(shù)Pr2=5.42比熱七2=4174J/(kg-K)運(yùn)動粘度Y=8.05X10-7m2s動力粘度R=8.015x10-4Pa-s3、估算傳熱面積(1)熱流量^=qxcx(t'-1")=1.67x2106x(100-40)=210600Wml p1 1 1自來水的流量自來水的質(zhì)量流量：q2=2.52kg}s自來水的體積流量：q2=0.0025m3/s對數(shù)平均溫差先按純逆流計算氣=、'—/=100-40=60P92=11"-12'=4-2=0°Q0a9—6 60—20At=t2= ———=36.41Cmln% ln606 202初算傳熱面積由于是油一一水換熱，且油的動力粘度R=0.0233兒-s>1mPa-s,油屬于重有機(jī)物，

1查表得傳熱系數(shù)的大致范圍為：116?467W'(m2.K),所以初選傳熱系數(shù)為K—230W..，(m2-K)，則估算的傳熱面積為:/一210600A= — —25.15m2估K?At 230x36.414、工藝結(jié)構(gòu)尺寸(1)管徑和管內(nèi)流速選用妃5x2.5mm的碳鋼傳熱管，查表得，取管內(nèi)流速氣=0.9m/s。(2)管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù):vq 0.002<54”廣=3.140.2成2=0.89961取9根。-d2u按單管程計算，所需傳熱管長度為:,A 25.15咬…。L=—二fe—= =35.58m兀?d-N3.140.0259按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)換熱管規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，選取換熱管長I為9m,則該熱交換器的管程數(shù)為:則傳熱管總根數(shù)為：n=9x4=36根（3）對數(shù)平均溫差和殼程數(shù)按單殼程四管程結(jié)構(gòu)，查圖得溫差修正系數(shù)為中=0.84（大于0.8）,因此確定采用單殼程，則對數(shù)平均溫差為：叫=0.84x36.41=30.58°C（4）傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即在每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。查表得，管間距P=32mmt一P,32.一隔板中心到離其最近一排管中心距離：Z=了+6———+6=22mm則兩程相鄰管的管心距為44mm。（5） 殼體直徑取管板利用率為門-0.65，則殼體直徑為：D=1.05p-*—1.053處360.=65mm50.1圓整到標(biāo)準(zhǔn)可取D—325mm。查表得殼體壁厚為8mm。（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=0.25x325—81.25mm取折流板間距B=0.3?D=0.3x325—97.5mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可取200mm折流板數(shù)目N=二-1=蘭祟一1=44bB200（7） 接管①殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流體流速為"/—1ms，則接管內(nèi)直徑為：D=1圓整后可取管內(nèi)徑為D=100mm。②管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流體流速為u'=lm/s，則接管內(nèi)直徑為:4?q ：4x0.0025"-—. =0.056^43.1x41v2圓整后可取管內(nèi)徑為D=1圓整后可取管內(nèi)徑為D=100mm。②管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流體流速為u'=lm/s，則接管內(nèi)直徑為:4?q ：4x0.0025"-—. =0.056^43.1x41v2圓整后可取管內(nèi)徑為D2=100mm。5、熱交換器校核(1)傳熱面積校核①管程對流傳熱系數(shù)流通截面積兀A=—-d2-N=0.785x0.022x9=0.00283m2流體流速uiq―V2Ai0.0025=0.8961ms0.00283雷諾數(shù)Rei庭皿何=22263>100008.05x10-7流動屬于湍流，則管程對流傳熱系數(shù)為:h=0.02-七.ReP=4 0.0o631>8idi2 0.02i2X2.263=054Wm42021 (②殼程對流傳熱系數(shù)管子按正三角形排列，傳熱當(dāng)量直徑為:4-C'3-P2-n-d2)4-C'3x0.032-nx0.025)d=——2—-—=——2 4 =0.0202me兀.d 3.14x0.025殼程流通截面積:A=B.D(1P)=0.2x0.32>50^0|；=)0m0142流體流速uo=冬=0.1361m，sA0.01424?q；4x0.0019= =0.049^2兀.u，弋3.1x41雷諾數(shù)Re=—=°.1361X°.025=125.9999oy1雷諾數(shù)Re=—=°.1361X°.025=125.9999oy12.7x10-5殼程對流傳熱系數(shù)為:UBr^—( 0)141旦Wh=0.3d-R&5e0.1387 0.0233、=0.36x x125.99990.55x35413x( )0.140.0202 8.015x10-4=401.3702W'(q?K)③污垢熱阻和管壁導(dǎo)熱查表取得管內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻分均為 0.000176(m2-K).W。換熱管壁厚為0.0025m，碳鋼在此條件下的導(dǎo)熱率為50Wj(m-K)。④總傳熱系數(shù)K= L— do+R?do+如do+R+1h?didx?dohii i碳鋼m o0.025 0.0250.0025x0.025 +0.000176x + 4201x0.020.0250x0.02251+0.000176+ 401.3702=308.5881"'(m2?K)⑤傳熱面積校核熱交換器需要的實際面積A'=熱交換器需要的實際面積A'=210600K?At308.5881x30.584=22.3144m2熱交換器的實際面積A=n?兀?d?l=36x3.14x0.025x9=25.4469m2面積裕度A=Q=1.1404A'21.5755A_矛在范圍U』25內(nèi)，所以該熱交換器能滿足換熱需要。二、設(shè)計一覽表換熱器形式：管殼式換熱器

換熱方式：逆流換熱換熱面積（m2）:25.4469工藝參數(shù)名稱管程殼程工質(zhì)名稱自來水11號潤滑油進(jìn)口溫度（°c）20100出口溫度（°C）4040流量，kg/s2.52281.67工作壓力，Pa