管壳式换热器

1、课 程 设 计 吨/年热水的管壳式换热器设计姓 名 郭宁 院 系 食品工程学院 专 业 热能与动力工程年 级 热能本1201 学 号 20122916107 指导教师 邹欣华 2015年 1月 20 日目录绪论11设计任务12换热器设计方案的确定12.1确定流体的流量、压力、温度、热负荷12.2管壳等材料的选择13换热器热力计算13.1流体物性数据13.2传热温差23.3传热面积24换热器结构设计24.1管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定34.2管子在管板上的排列方式45换热器校核设计45.1核算总传热系数55.2确定污垢热阻65.3核算压强降66图纸绘制97主要参考文献9绪论换热器的

2、发展动向：换热器的传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但汽油组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更准确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。1设计任务处理能力为吨/年热水的管壳式换热器，热水入口温度90，出口温度70，冷却介质为循环水，入口温度为30，出口温度为40，允许压强降不大于105Pa。每年按照320天计算，每天连

3、续24小时运行。2换热器设计方案的确定2.1确定流体的流量、压力、温度、热负荷流量：热水流量吨/年=kg/s 冷却水流量=246kg/s温度：热水入口温度90，出口温度70，冷却介质为循环水，入口温度为30，出口温度为40。热负荷：2.2管壳等材料的选择选取规格为25*2.5mm的无缝钢管，3换热器热力计算管程流体的定性温度： 壳程流体的定性温度： 3.1流体物性数据两流体在定性温度下的物性数据如下: 表3-1物性流体密度 /m3比热KJ/()粘度导热系水35993.954.174727.40.6265 水80971.84.195355.10.6743.2传热温差壳程参数P、R: 温差修正系数

4、 =0.954有效平均温差的计算：3.3传热面积由于热负荷过大，采用五台换热器并联假设传热系数K=1000实际传热面积（要求实际传热面积比所需传热面积大10-20%）4换热器结构设计确定换热器的结构，包括流体流速、换热管直径和长度、管程数、壳程数、壳体尺寸、折流板尺寸、管子排列方式、管间距等。换热器热水用量： 式中： 冷凝器的热负荷； 冷却水的定压比热；水可取4200； 冷却水进入温度，K或； 冷却水出口温度，K或。换热器冷却水体积流量： 4.1管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定4.1.1确定单程管数n 换热器内热水在管内流速可选取2m/s。设计中选用252.5mm钢管作为换热器内换热

5、管。 式中： 管内流体的体积流量， /s； 管子内直径， m； 流体流速，m/s。 圆整为40取整后的实际流速 4.1.2管程数管束长度式中： 传热面积，； 按单程计算的管长，m。 管程数 式中： 为选定的每程管长，考虑到管材的合理利用，取6m。 圆整为4所以换热器的总管数S根4.2管子在管板上的排列方式管子的排列和挡板、隔板的安排如花板布置图采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。因为壳程流体压力较大，故采用焊接法连接管子与管板。取管心距t=1.25d，则t=1.252532mm隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22mm则分程隔板槽两侧相

6、邻管中心距X =2S=44mm4.21壳体直径的计算采用多管程结构，取管板利用率= 0.7，则壳体内径为： 圆整可取D=600mm4.22壳体厚度(s)的计算 式中：s 外壳壁厚，cm； P 操作时的内压力，N/cm2（表压），根据壁温查得为80.8N/cm2 材料的许用应力， N/cm2；查得不锈无缝管YB804-70的许用应力是13230 N/cm2 焊缝系数，单面焊缝为0.65，双面焊缝为0.85；（取单面焊缝）C 腐蚀裕度，其值在（0.10.8）cm之间，根据流体的腐蚀性而定；取0.7D 外壳内径，cm。适当考虑安全系数及开孔的强度补偿措施，决定取s=17mm5换热器校核设计对已设计换

7、热器进行校核计算，包括热流量校核、传热系数校核、热阻校核、壁面温度计算、流通通道阻力等。并对前面所做的计算结果做出汇总表。对换热器的设计结果进行分析，判定是否合理，否则需要改变参数或结构尺寸，甚至改变结构型式重新计算。5.1核算总传热系数5.1.1计算管程对流传热系数与假设相一致合 所以 5.1.2计算壳程对流传热系数换热器中心附近管排中流体流通截面积为：式中 折流挡板间距，取300； 管中心距，对，所以由正三角形排列得： 因为在范围内，故可用下式计算 壳程中水被加热，取 所以5.2确定污垢热阻 管内外侧污垢热阻分别取：总传热系数管子材料选用不锈钢，取其导热系数为(moC)，总传热系数为：由前

8、面计算可知，选用该型号换热器时，要求过程的总传热系数为，在传热任务所规定的流动条件下，计算出的为，其安全系数为：故所选择的换热器是合适的。5.3核算压强降5.3.1计算管程压强降前面已算出：， （湍流）取不锈钢管壁粗糙度 则，由关系图中查得： 对于的管子4，Ns=1，5.3.2计算壳程压强降其中 管子为正三角形排列，取F=0.4取折流挡板间距h=0.3m 折流挡板数： 壳程流通面积 所以 由上面计算可知，该换热器管程与壳程的压强均满足题目要求，故所选换热器合适 表5-1管壳式换热器的结构尺寸和计算结果 项目壳程（冷却水） 管程（热水） 流量 /s246122.97进/出口温度/30/4090/

9、70压力/MP0.30.1形式管壳式中的固定管板式台数5壳体内径/600管心距/32管径/252.5管子排列管长/6折流板数/个19管数目/根160折流板间距/30传热面积/53拉杆数4程数14547.257流速/（m/s）20.22污垢热阻,()/W1.71.7 传热系数，W/（）4918.71105热流量/KW1传热温差/42.74提供面积与所需面积比1.034材质不锈钢 6图纸绘制图6.1 换热器截面图图6.2换热器简图7主要参考文献1李云飞、葛克山，食品工程原理。第一版 中国农业大学出版社，20022余建祖，换热器原理与设计。第一版 北京航空航天工程大学出版社， 20063李锐，换热器。内蒙古农业大学出版社