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：过冷却水进口温度t二145C；过冷却水出口温度tJ=45C；过冷却水工作压力P=0.75Mpa（表压）冷水流量G=80000kg/h;冷却水进口温度t2'=20C；冷却水出口温度t2=50C；冷却水工作压力P2=0.3Mpa（表压）。改为冷却水工彳压力F2=2.5Mp2）定性温度及

2、物性参数：冷却水的定性温度t2=（tJ+tJ）/2=（20+50）/2=35C;3冷却水的密度查物性表得p2=992.9kg/m;冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174kJ/kg.C冷却水的导热系数查物性表得入2=62.4W/m.C冷却水的粘度（12=727.5X106Pa-s；冷却水的普朗特数查物性表得R2=4.865;过冷水的定性温度L=（t1-t1）=77.5C；过冷水的密度查物性表得p1=976kg/m3;过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.C；过冷水的导热系数查物性表得入1=0.672w/m.C；过冷水的普朗特数查物性表得R2=2.312;过冷水的粘度1=0.370

3、4X10-6Pas。过冷水的工作压力P=1.5Mpa（表压）3）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）rX1000?3600=80000X4.174X（50-20）X1000?3600=2727013W过冷却水流量：?=?3600X751333?2"(t-t2)4.187X1000X(40-30)93676?/?;4）有效平均温差逆流平均温差：_(t1-t2)-(t1-t2)?tcount=-?-t2"t?-t2根据式(3-20)计算参数p、R:(90-50)-(65-20)="LC=42.45C“90-50?65-30

4、P:t2tlt2t250-2090-20=0.429参数R：换热器按单壳程ti-tit2-t290-6550-20=0.8332管程设计，查图38得温差校正系数3=0.83;有效平均温差:?t?=?t?=0.92X42.45=40.2C5）管程换热系数计算：附录10,初定传热系数K=400W/m.C；初选传热面积：?B=?751333?3?400X40.2一一2169.59m；选用。25X2.5无缝钢管作换热管；管子外径小=0.025m；管子内径di=0.025-2X0.0025=0.02m；管子长度取为l=3m；管子总数：?)=?0?=?x0.025x=720169.59取720根管程流通截

5、面积:?2352?3?=万7.?=h40.0220.11309m管程流速:?293676,&=?殳夕？3600=976X0.11309X360(70.23575m/s管程雷诺数:Re2=976X0.23575X0.02370.4X他=12423?104湍流管程传热系数：(式3-33c)_3605(1+0.015t2)?20.8_3605(1+0.015X77.5)X0.235750.8妙=(100?0.2=(100X0.02)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1.25d0）;管束中心排管的管数按4.3.

6、1.1所给的公式确定：?=1.11?=1.1720=29取20根；壳体内径：D?=?-1）+4?马=0.032X28+4X0.025=0.9m取Di=0.7m；长径比：l/Di=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?=0.2X0.9=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ABD1do0.2330.6

7、1匕0250.046s0.032m2?/3600_?!1?一12000?3600992.9X0.046=0.0.4865壳程质量流速：?1=?=992.9X0.4865=483.05kgm2/s;壳程当量直径：?=?-?而?90?"0.92-720X0.0252720X0.025=0.02m；壳程雷诺数:Re2=?02?d应992.9X0.4865X0.02370.4X两=26082切去弓形面积所占比例按h/Di=0.2查图4-32得为0.145壳程传热因子查图3-24得为js=20管外壁温度假定值tw1'=45C壁温过冷水粘度？?1=0.549X10-3Pa.s壳程流速:粘

8、度修正系数:?=(QQ0.14?)0.3704X0.14=(5)=0.9206根据式（3-62）计算壳程换热系数:0cl=?.?毅？3?js=?0.624X2.3121?3X0.9324X20=7580.03078）传热系数计算：21水侧污垢热阻：2=0.000344m.C/w管壁热阻r忽略?=面+?1?+?<+1?a2?总传热系数：_1福+0.000344+0.000344（00+嬴（整）=460?2C传热系数比值？"？3=460?400=1.15,合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：?)27270132?=福7720x?x0.025=16074W/m.C根据式（3-94a

9、）计算管外壁温度:?1=?1?-?(1+?初=77.5-1607411。(标+0.000344)=43.03C误差较核：照1-?1=50-50.54=-0.54C,误差不大;?2=?+?,(2+?)=35+?a2壁温下水的粘度:粘度修正系数：=486X10-6Pas；?0.14?=(嬴)_727.7X他0.14_一(486x1。6)-1.05,查图3-30得管程摩擦系数：%=0.0078管程数：？3?=2;管内沿程压降计算依据式（3-112）:?&2?入2(0.23575X975，?=(77)(诟)(豆)=2X9763X40.020.078,、1058=599.8Pa(W=w.p)1.

10、058回弯压降：ccc?22(0.23575X97易?=-4n=2?2?2X9764=216Pa；取进出口管处质量流速：W=1750kg/m2-s；(依据pw2<3300取w=1.822m/s)10）管程压降计算：根据式（3-94b）计算管内壁温度:0.025116074百(1+0.000344)=58.8C；进出口管处压降（依据3-113）:?2?2217502?52=翥*1.5=*1.5=2353.4；管程结垢校正系数：？3?2=1；管程压降：?=（?+?如？?2+?3?2=（599.8+216）X1+2310.7=3452.82Pa11）壳程压降计算:壳程当量直径：CC?马-?2?

11、2O=-?,?+?0.92-720X0.0252雷诺数：查得壳程摩擦系数:Re1=?1d?_483.08x0.19-0.7275X113'12616;入1=0.08;（图3-34）管束压降（公式3-129）:2?=券”箸?483.0820.9X100.08万=27992.90.0190.9206=4837Pa，取进出口质量流速:进出口管压降：?1=1000kg/m2s；（pw2<2200取W2=1000kg/m2s）?>?12?初=W?Ti5=10002FX1.5=335.7pa；0.9+720X0.025-0.019m；取导流板阻力系数：?=5;导流板压降:?121000

12、2?3?=斫比?=2*5=2517.87pa壳程结垢修正系数：？?=1.38；（表3-12）壳程压降：?=?+?+?1=4837X1+2517.9+335.7=7690.7Pa；管程允许压降：P2=35000Pa；（见表3-10）壳程允许压降：R=35000Pa； P2<F2 P1"R即压降符合要求。（2）结构设计（以下数据根据BG150-2011）选未考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,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,虑采用多

13、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？?25X2.5的无缝钢管，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？=?x0.025X3X720=169m23）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：?r?=700?;材质Q235A钢；壳体厚度（式6-1）:?一8=2?-?+-?=1245.88tw<100C?=0.7要大于工作压力）C=2mm度附加量见GB150）1X1.2X700P=1.2

14、p1（p为设计压力+2=2.482?2X1245.88X0.7-1X1.28=实取&?=6?5）管板根据表5-8查取S?=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。Q235A钢板。拱高：h=140mm;板间距：B=230mm板数：nB=12块；板厚：8?=5?（依据表4-12）;卧式布置，水平切口流动方向。7）拉杆选取Q235A钢，？22,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8=8?=8?；曲面高度：?+8700+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pw2<3300取取W=1750kg/itfs,得进、出口流通面积为：?93676?2=0.01487?3600?2?3600X1750进出口管道直径：-?2=V4X