列管式換熱器課程設(shè)計(jì)

PAGE化工原理課程設(shè)計(jì)列管式換熱器學(xué)生姓名黃艷英專業(yè)過(guò)程裝備與控制工程學(xué)號(hào)110331138指導(dǎo)教師楊立峰學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院二〇一四年六月

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章緒論 -1-1.1換熱器的發(fā)展背景 -1-1.2換熱器的基本概念及應(yīng)用 -1-1.3換熱器的分類 -2-1.4換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足的基本要求 -5-第2章化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 -7-第3章確定設(shè)計(jì)方案 -8-3.1選擇換熱器的類型 -8-3.2管程安排 -8-第4章確定物性數(shù)據(jù) -9-4.1定性溫度 -9-4.2物性數(shù)據(jù) -9-第5章估算傳熱面積 -10-5.1熱流量 -10-5.2平均傳熱溫差 -10-5.3傳熱面積 -10-5.4冷卻水用量 -10-第6章工藝結(jié)構(gòu)尺寸 -11-6.1管徑和管內(nèi)流速 -11-6.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) -11-6.3傳熱管排列和分程方法 -12-6.4殼體內(nèi)徑 -13-6.5筒體直徑校核計(jì)算 -14-6.6折流擋板 -14-6.7其他附件 -14-6.8接管 -15-第7章?lián)Q熱器核算 -17-7.1熱流量核算 -17-7.2壁溫計(jì)算 -19-7.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 -20-第8章總結(jié) -23-8.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸 -23-8.2設(shè)計(jì)體會(huì) -24-參考文獻(xiàn) -25-16-11-第1章緒論1.1換熱器的發(fā)展背景二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱交換器的噸位約占整個(gè)工藝設(shè)備的20%有的甚至高達(dá)30%，其重要性可想而知。1.2換熱器的基本概念及應(yīng)用用于在兩種或兩種以上流體間、一種流體一種固體間、固體粒子間或者熱接觸且具有不同溫度的同一種流體間的熱量（或焓）傳遞的裝置稱為換熱設(shè)備，簡(jiǎn)稱為換熱器。它是化工、石油、動(dòng)力、輕工等許多工業(yè)部門中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體（固體），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。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是使熱量由較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過(guò)程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過(guò)程上的需要。此外，換熱設(shè)備也是回收余熱、廢熱特別是低品位熱能的有效裝置。

隨著換熱器在工業(yè)生產(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(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。1.3換熱器的分類換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過(guò)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(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器（板翅式、管翅式等），如表1-1所示。表1-1換熱器的分類類型特點(diǎn)間壁式管殼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≤50℃），管間不能清洗帶膨脹節(jié)有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場(chǎng)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)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場(chǎng)合釜式殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)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，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱螺旋板式可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用作回收低溫?zé)崮芷桨迨浇Y(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(guò)程分階段交替進(jìn)行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場(chǎng)合其中主要介紹一下列管式換熱器。列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。

其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。

列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50℃以上）時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。

根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種常見(jiàn)的列管式換熱器。

(1)固定管板式換熱器

這類換熱器如圖1-1所示。固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼內(nèi)程清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)，使用管子與管板的接口脫開(kāi)，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。圖1-1固定管板式換熱器

1-折流擋板2-管束3-殼體4-封頭5-接管6-管板

(2)U型管換熱器

U型管換熱器結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難；由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外，其造價(jià)比管定管板式高10%左右。

圖1-2U型管換熱器

(3)浮頭式換熱器

浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與殼體固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是換熱管與殼體間有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽出，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。圖1-3浮頭式換熱器

1-殼蓋2-固定管板3-隔板4-浮頭勾圈法蘭5-浮頭管板6-浮頭蓋(4)填料函式換熱器

填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函密封不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外漏，對(duì)于易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。

圖1-4填料函式換熱器1-活動(dòng)管板2-填壓材料3-填料4-填料函5-縱向隔板1.4熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足的基本要求1.合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件

傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過(guò)程所規(guī)定的條件。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)這些條件進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計(jì)算，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，使所設(shè)計(jì)的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時(shí)間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。其具體做法如下。

（1）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(dòng)的前提下，盡量選擇高的流速。

（2）提高平均溫差。對(duì)于無(wú)相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因?yàn)檫@樣不僅可提高平均溫差，還有助于減少結(jié)構(gòu)中的溫差應(yīng)力。在允許的條件時(shí)，可提高熱流體的進(jìn)口溫度或降低冷流體的進(jìn)口溫度。

（3）妥善布置傳熱面。例如在管殼式換熱器中，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(dòng)特性。錯(cuò)列管束的傳熱方式比并列管束的好。如果換熱器中的一側(cè)有相變，另一側(cè)流體為氣相，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(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵照我國(guó)《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》與《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)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(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與否設(shè)保溫層。

4.經(jīng)濟(jì)合理

評(píng)價(jià)換熱器的最終指標(biāo)是：在一定的時(shí)間內(nèi)（通常為1年）固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)等）的總和為最小。在設(shè)計(jì)或選型時(shí)，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標(biāo)尤為重要。

動(dòng)力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高又有利于傳熱，因此存在一最適宜的流速。

傳熱面上垢層的產(chǎn)生和增厚，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(jìn)行清洗。在清洗時(shí)不僅無(wú)法傳遞熱量，還要支付清洗費(fèi)，這部分費(fèi)用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補(bǔ)償，因此存在一最適宜的運(yùn)行周期。

嚴(yán)格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(gè)系統(tǒng)中全部設(shè)備為對(duì)象進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問(wèn)題難度很大，當(dāng)影響換熱器的各項(xiàng)因素改變后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時(shí)，按照上述觀點(diǎn)單獨(dú)地對(duì)換熱器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算仍然是可行的。第2章化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)條件：某生產(chǎn)過(guò)程流程如下圖所示，已知反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從110℃進(jìn)一步冷卻至60℃之后，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶性組分。已知混合氣體的流量為216400kg/h，壓力為6.9MPa，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水的入口溫度為29℃，出口的溫度為39℃，試設(shè)計(jì)一列管式換熱器，完成生產(chǎn)任務(wù)。

第3章確定設(shè)計(jì)方案TC"確定設(shè)計(jì)方案"\fC3.1選擇換熱器的類型兩流體溫度的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度110℃，出口溫度60℃；冷流體進(jìn)口溫度29℃，出口溫度為39℃，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，因此初步確定選用浮頭式換熱器。3.2管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。

參考標(biāo)準(zhǔn)：

(1)

不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗的管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。

(2)

腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。

(3)

壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。(4)

飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。

(5)

被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。

(6)

需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。

(7)

粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在Re>100下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。

(8)

若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。

綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定混合氣體應(yīng)走殼程，循環(huán)水走管程。

第4章確定物性數(shù)據(jù)TC"確定物性數(shù)據(jù)"\fC4.1定性溫度對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為：T=管程流體的定性溫度為：t=4.2物性數(shù)據(jù)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)。對(duì)混合氣體來(lái)說(shuō),最可靠的物性數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合氣體各組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù)?；旌蜌怏w在85℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容熱導(dǎo)率粘度循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據(jù)：密度定壓比熱容 =/熱導(dǎo)率粘度第5章估算傳熱面積TC"估算傳熱面積"\fC5.1熱流量TC"熱流量"\fCQ1=5.2平均傳熱溫差TC"平均傳熱溫差"\fC先按照純逆流計(jì)算，得=5.3傳熱面積TC"傳熱面積"\fC由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)，則估算的傳熱面積為Ap=5.4冷卻水用量TC"冷卻水用量"\fCm==第6章工藝結(jié)構(gòu)尺寸TC"工藝結(jié)構(gòu)尺寸"\fC6.1管徑和管內(nèi)流速TC"管徑和管內(nèi)流速"\fC選用Φ25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼）。由于增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多。故綜合考慮以上因素根據(jù)表6-1擬取管內(nèi)流速u1=1.3m/s。

表6-1換熱器常用流速的范圍介質(zhì)流速循環(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>0.50.4~1.00.3~0.82~156.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)TC"管程數(shù)和傳熱管數(shù)"\fC(1)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為：L=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)。則該換熱器的管程數(shù)為:Np=傳熱管總根數(shù):(2)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)TC"平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)"\fC的確定平均溫差校正系數(shù)：R=P=按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖6-1得平均傳熱溫差K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。圖6-1溫差校正系數(shù)6.3傳熱管排列和分程方法TC"傳熱管排列和分程方法"\fC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(kāi)來(lái)。管板與管子的連接可脹接或焊接。每程內(nèi)換熱管采用正三角形排列,因?yàn)檫@種排列比較緊湊，可以在同樣的管板面積上排列最多的管，且傳熱效果好。具體排列形式如圖6-2所示。圖6-2正三角形排列取管心距，則隔板中心到離其最近一排管中心距離：各程相鄰管的管心距為。管數(shù)的分程方法：每程各有傳熱管根，其前后管程中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流動(dòng)方向按表6-2選取。表6-2管束分程布置圖6.4殼體內(nèi)徑TC"殼體內(nèi)徑"\fC采用多管程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行殼體內(nèi)徑估算。取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為：D取。6.5筒體直徑校核計(jì)算殼體的內(nèi)徑D應(yīng)等于或大于（在浮頭式換熱器中）管板的直徑，所以管板直徑的計(jì)算可以決定殼體的內(nèi)徑，其表達(dá)式為：D=因管子按正三角形排列：取則D6.6折流擋板TC"折流板"\fC在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導(dǎo)流體橫向流過(guò)管束，增加流體速度，以增強(qiáng)傳熱；同時(shí)起支撐管束、防止管束振動(dòng)和管子彎曲的作用。折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型等。采用圓缺形折流擋板，去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。取折流板間距B=0.3D，則B，可取B為。折流板數(shù)目折流板圓缺面水平裝配，見(jiàn)圖6-3。圖6-3圓缺形折流板6.7其他附件TC"其他附件"\fC折流板與支持板一般用拉桿和定距管連接在一起，其結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。圖6-4拉桿-定距管結(jié)構(gòu)查表6-3和表6-4進(jìn)行拉桿數(shù)量與直徑的選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為，故其拉桿直徑為拉桿數(shù)量，其中長(zhǎng)度的六根，的兩根。表6-3拉桿直徑選取表6-4拉桿數(shù)量選取殼程流體進(jìn)出口的設(shè)計(jì)直接影響換熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。當(dāng)加熱蒸汽或高速流體流入殼程時(shí)，對(duì)換熱管會(huì)造成很大的沖刷，故在殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板。6.8接管TC"接管"\fC殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為300mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑為圓整后取內(nèi)徑為。第7章?lián)Q熱器核算TC"換熱器核算"\fC7.1熱流量核算TC"熱流量核算"\fC(1)殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（用克恩法計(jì)算）TC"（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)"\fC（7-1）當(dāng)量直徑：=殼程流通截面積：殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：普朗特?cái)?shù)：粘度校正： 則根據(jù)式（7-1）(2)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)TC"（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)"\fC（7-2）管程流體流通截面積：管程流體流速： 雷諾數(shù)： 普朗特?cái)?shù)：根據(jù)式（7-2）(3)污垢熱阻和管壁熱阻TC"（3）污垢熱阻和管壁熱阻"\fC根據(jù)表7-1取：管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻表7-1常見(jiàn)流體的污垢熱阻管壁熱阻：按表7-2查得碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50/(m·K)，所以表7-2常見(jiàn)材料的熱導(dǎo)率（4）傳熱系數(shù)TC"（4）傳熱系數(shù)"\fC（5）傳熱面積裕度TC"（5）傳熱面積裕度"\fC計(jì)算傳熱面積Ac：該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：該換熱器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。7.2壁溫計(jì)算由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，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15℃，出口溫度為39℃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)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是有：（7-3）式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計(jì)算為：根據(jù)式（7-3）計(jì)算傳熱管平均壁溫31.67℃殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=85。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為。該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于換熱器殼程壓力較大，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。7.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力TC"換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力"\fC(1)管程流體阻力TC"（1）管程流體阻力"\fC,,由Re=38861，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01，查圖7-1得，流速,,所以：管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。圖7-1摩擦系數(shù)與Re及的實(shí)驗(yàn)關(guān)系（2）殼程阻力（7-4）其中,流體流經(jīng)管束的阻力：流體流過(guò)折流板缺口的阻力：,Pa總阻力根據(jù)式（7-4）計(jì)算得：由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。第8章總結(jié)8.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8-1。表8-1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)管程殼程流率855294.97216400進(jìn)/出口溫度/℃29/39110/60壓力/MPa0.46.9物性定性溫度/℃3485密度/（kg/m3）994.390定壓比熱容/[]4.1743.297粘度/（）0.742×1.5×熱導(dǎo)率0.6240.0279普朗特?cái)?shù)4.961.773設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/㎜1400臺(tái)數(shù)1管徑/㎜Φ25×2.5管心距/㎜44管長(zhǎng)/㎜8