管壳式换热器传热计算示例终-用于合并

1、管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水一一过冷水的热量交换设计压力为管程1.5MPa（表压），壳程压力为0.75MPa （表压），壳程冷却水进，出口温度分别为20C和50C,管 程过冷水进，出口温度分别为90C和65C管程冷水的流量为 80t/h。2、设计计算过程：（1）热力计算1）原始数据：t1 =145C;=45 C;P=0.75Mpa (表压)过冷却水进口温度过冷却水出口温度冷水流量G=80000kg/h ;冷却水进口温度t2 =20 C；冷却水出口温度过冷却水工作压力t2" =50 C;冷却水工作压力 P2=0.3 Mp a （表压）。改为 冷却水工作压

2、力B=2.5 Mp2）定性温度及物性参数:冷却水的定性温度 t2=（ t 1 + t 1" ）/2=（20+50）/2=35 C;3 冷却水的密度查物性表得p 2=992.9 kg/m ;冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg. C冷却水的导热系数查物性表得入2=62.4 W/m. C冷却水的粘度（1 2=727.5 X 10 6 Pas； 冷却水的普朗特数查物性表得R=4.865 ;过冷水的定性温度 h = （t1- t1 ） = 77.5 C ；过冷水的密度查物性表得p 1=976 kg/m 3;过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg. C；入 I=0.

3、672w/m. C；R2= 2.312 ;6Pa s。(表压)过冷水的导热系数查物性表得 过冷水的普朗特数查物性表得 过冷水的粘度1=0.3704 X 10过冷水的工作压力P = 1.5 Mp a3）传热量与水热流量取定换热器热效率为Y =0.98 ; 设计传热量：? = ? ?1 (t1- t1 ) rX 1000?3600=80000 X 4.174 X (50 - 20) X 1000?3600 = 2727013 W 过冷却水流量：?33600 X 751333? = l,l = = 93676 ?/?:2? 2 (t -t 2 )4.187 X 1000 X (40-30)'

4、4）有效平均温差 逆流平均温差：?t count(t1-t2)-(t1 -3(90 - 50)- (65 - 20)= 42.45 ct2?t? - t2根据式（3-20）计算参数p、R:参数P:R:P =t2：t1-t2-t2_ 50 - 20 _:0.42990 -20R =. t1-t1_ 90 -65 _=0.833t2-t250 -20换热器按单壳程2管程设计，查图3-8得温差校正系数 乎 =0.83; 有效平均温差：?t ? = ?t? = 0.92 X 42.45 = 40.2 C5）管程换热系数计算：附录10,初定传热系数 K=400 W/m. C；初选传热面积：?2 =?07

5、51333? - ?400 X 40.2一 一 _ _2169.59 m ；选用力25 X 2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子内径 di =0.025- 2 X 0.0025=0.02 m；管子长度取为l =3 m ;管子总数：?）169.59?= E?= f2Tx= 720取 720 根管程流通截面积：?=驾 ”?=竽? 0.02 2 = 0.11309 m24-24管程流速：?=? =93676 = 0.23575 m/s?务夕？ 3600976 X 0.11309 X 3600m管程雷诺数:Re2 = Jd976 X 0.23575 X 0.024、/山、*370

6、.4 顶 =12423? 104 滞流0.8管程传热系数：（式3-33c）_ 3605 (1 + 0.015t2)?20.83605(1 + 0.015 X 77.5) X 0.23575(100?0.2°°2 = =(100 X0.02) 0.2=1186?/(?2 ? ° ?)6）结构初步设计：布管方式见图所示：管间距 s=0.032m （按 GB151，取 1.25烦;管束中心排管的管数按 4.3.1.1所给的公式确定：?= 1.1 0?= 1.1 720 = 29取20根；壳体内径：D?尸?- 1）+ 4?2=0.032 X 28 + 4 X 0.025=

7、0.9 m 取Di=0.7m；长径比：l/D i =3/0.9=3.3选定弓形折流板布管示意图,合理弓形折流板弓高:折流板间距：折流板数量：h = 0.2D?= 0.2 X 0.9 = 0.18?B= D?/3 = 0.9/3 = 0.3m?= ?- 1 = (3/0.9 ) - 1 = 12折流板上管孔直径由 GB151-2014可确定为0.0254mm折流板直径由 GB151-2014可确定为0.6955m7）壳程换热系数计算壳程流通面积：根据式（3-61）中流体横过管束时流道截面积A BD 1 也 0.233 0.6 1250.046s0. 032m2?/3600?=1? 1?12000

8、 ?3600薮厂时0.0.4865壳程质量流速：?1 = ? ?=壳程当量直径：?-? 0?=992.9 X 0.4865 = 483.05 kg m2/s ;0.92-720 X 0.0252-720 x 0.025 = 0.0 贝壳程流速:壳程雷诺数:R©2 =T? - ? dM2992.9 X 0.4865 X 0.02370.4 X 仍=26082 ；切去弓形面积所占比例按h/D i=0.2查图4-32得为0.145壳程传热因子查图3-24得为j s=20管外壁温度假定值t w1' =45C壁温过冷水粘度？?1 = 0.549 X10-3 Pa.s粘度修正系数:QQ

9、0.14?)0.624 X 2.312 1?3 X 0.9324 X 20 = 758 0.0307?=-/?+?!+1?a2 ?0.3704 X 0.14=(0)= 0.9206根据式（3-62）计算壳程换热系数：空？羽？3 ? jS = ?8）传热系数计算：2-水侧污垢热阻：r2=0.000344m . C /w 管壁热阻r忽略总传热系数：_1=1 上 cmc" 上/ 0.025、工 1/ 0.025 7580.0003440.000344 (-0)3407.5("002)=460 ?2 C传热系数比值？?？3= 460 ?400 = 1.15,合理9) 管壁温度计算：

10、管外壁热流密度：?)27270132 八?=烘?= 720 x ?X 0.025 = 16074 W/m . C根据式（3-94a）计算管外壁温度:?1 = ?1?-?(1+ ?1?) = 77.5 - 16074佝1°(顽+ 0.000344) = 43.03 C误差较核：绥1 -10）管程压降计算：根据式（3-94b）计算管内壁温度:?1 = 50 - 50.54 = -0.54C,误差不大;?2= ?+ ?( + ?2) = 35 +? a 20.025116074 击(而+ 0.000344) = 5&8 C ;壁温下水的粘度:粘度修正系数：=486 X 10-6Pa

11、 -s;_727.7 X 1（6 0.14 _一（486 X 106）- 1.05 ,查图3-30得管程摩擦系数： = 0.0078管程数：？?= 2;管内沿程压降计算依据式（3-112）:?22? ?入2（0.23575 X 976）?尸（云）（布）（京=-2X 976?2 0.14?=(和3X40.020.078,、流8 = 599.8 Pa ( W=w. p ) 1.058回弯压降：?22(0.23575 X 976)4 = 216 Pa;?3? 4 n = 2?2?22X 976取进出口管处质量流速：W=1750kg/m- s；(依据 p w2<3300 取 w=1.822m/s

12、)进出口管处压降(依据3-113):?>?顶1750 2?2=话 X 1.5 = E X 1.5= 2353.4;管程结垢校正系数：？3?2=1；管程压降：? = (?+ ?r?)?r?2+ ?2=(599.8 + 216) X 1 + 2310.7=3452.82 Pa11）壳程压降计算: 壳程当量直径：cc?3-? ?QO=? ?+? ?0.92-720 X 0.02520.9+720 X 0.025 = 0，019m；雷诺数:Re1?1 d?483.08 X 0.190.7275 X 1-3 = 12616 ；查得壳程摩擦系数：管束压降（公式 3-129）:入 1=0.08;(图

13、3-34)2?_ 色？?+1) ?= 2?483.08 2 0.9 X 10 0.08? = 27 992.9 0.0190.9206 = 48 37 Pa；取进出口质量流速: 进出口管压降：?1= 1000 kg/m 2 - s； ( p w2<2200 取 W=1000 kg/ m2 - s)?12?切=云15 =1000 2F X 1.5 = 335.7 pa；取导流板阻力系数:导流板压降：?= 5;?=?122?1000 2?= 2 X5 = 2517.87 pa壳程结垢修正系数：？?= 1.38 ；（表3-12）壳程压降：?= ?+ ?3?+ ?1 = 4837 X 1 + 2

14、517.9 + 335.7 = 7690.7 P a；管程允许压降： P2=35000Pa ;（见表3-10）壳程允许压降： P1=35000Pa； P2< F2 P1< P1即压降符合要求。（2）结构设计（以下数据根据BG150-2011）结构设计的任务是根据热力计算所决定的初步结构数据，进一步设计全部结构尺寸，选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸，现简要综述如下：1）换热器流程设计采用壳方单程，管方两程的1-4型换热器。由于换热器尺寸不太大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用，管程分程隔板采取上图中的丁字型结构，其主要优点是布管紧密。2）管子和传热面积采用?25 X 2.5的无

15、缝钢管，材质20号钢，长3m,管长和管径都是换热器的标准管子尺寸。管子总数为352根，其传热面积为：F =兀？= ?x 0.025 X 3 X 720 = 169m 23）管子排列方式上图十字形走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题。共有 356个管孔，其中4个为装设拉杆用。4）壳体壳体内径：?= 700?;材质Q235 A钢；壳体厚度（式6-1 ）:u 一 2?-? 1?= 1245.88t w<100C?=0.7？?？要大于工作压力）C=2mmi度附加量见GB150）1 X 1.2 X 700+ 2 = 2.482 ?2 X 1245.88 X 0.7 - 1 X 1

16、.2P=1.2pi（p为设计压力a=实取粉尸6 ?5）管板根据表 5-8 查取 &?= 0.75?，？管板上开孔数与孔间距与管排列应一致。6）折流板因为无相变，采用通用的弓形折流板。Q235 A钢板。拱高：h=140mm;板间距：B=230mm板数：m=12块；板厚：祐?= 5 ?（依据 表4-12 ）;卧式布置，水平切口流动方向。7）拉杆选取Q235 A钢，？?12,共8根（依据表5-10）8）封头根据压力容器设计规范采用材质为Q235的标准形状椭圆封头。在满足强度要求条件下，取壁厚 a = S?= 8 ?；曲面高度：? ?+ a 700 + 8?1 = 4 = 4 = 4 = 177 ?D为封头的平均直径；直边高度，？0= 25 ?。9）进、出管（a）管程进、出口管2 PW <3300取取WN2=1750 kg/" s,得进、出口流通面积为：?93676d?2= = = 0.01487 ?23600?2?3600 X1750进出口管道直径：-?2 = V4 X