列管式换热器的设计方案计算

2.4列管换热器设计示例ui=0・5m/s。2ui=0・5m/s。2•确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为一卫叫5管程流体的定性温度为140+40-90(C)(C)某生产过程中，需将6000kg/h的油从140C冷却至40C,压力为0・3MPa;冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30C，出口温度为40C。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 1确定设计方案(1)选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140C,出口温度40C冷流体(循环水)进口温度30C,出口温度40C。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。(2)流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用 Q25X2・5的碳钢管，管内流速取下： 密度p=825kg/m3定压比热容cpo=2.22kJ/(kgC)导热系 数20.140W/(m•C)粘八、度2=0.000715Pas循环冷却水在35C下的物性数密度 pi=994kg/m3定压比热容cpi=4.08kJ/(kC)据:导热系 数1=0.626W/(m•C)粘度、2=0.000725Pas根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在 90C下的有关物性数据如热流量 Qo二WocpoAto=6000>2.22>40-3•计算总传热系 数(1)40)=1.32W6kJ/h=366・7(kW)(2 )平均传热加】A/j (140-40)-(40-3•计算总传热系 数(1)40)=1.32W6kJ/h=366・7(kW)(2 )平均传热加】A/j (140-40)-(40-30)卯搭,140-40温差In 40-30(C)1320000408x00-30)32353命M002x0.5x994—二13670(4) 总传热系数K管程传热系数r\j 丄UVz1\J-0.000725冷却水用量(kg/h)=0.023xM2&0~02门衍仃阴08xl03x0.000725?*1JuZUX 壳程传热系数假设壳程的传热系数«o=290W/(m22731W/(m•C)c);污垢热阻Rsi=0.0003424mCm/W，2mRso=0.0001720.0250.0250.0025x0.025+0.000344x2731x0.020 0.020=219.5W/(mG)45x0.0225h0.000172+290A=丄+R主+如+R+丄呐a仇鲨4 .计算传热面积(m20.0250.0250.0025x0.025+0.000344x2731x0.020 0.020=219.5W/(mG)45x0.0225h0.000172+290A=丄+R主+如+R+丄呐a仇鲨4 .计算传热面积(m2)■■■■■-'■'考虑15%的面积裕度，S=1.15XS'=1.15X42.8=49・2)m5.工艺结构尺寸 (1)管径和管内流速选用Q25X2・5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0・5m/s。(2)管程数和传热管数依据传热32353/(994x3600)57.6対58(根)0,785x0.0x0,5管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长数为(管程)传热管总根数49.23.14x0.025x58=10.8(m)L=6m，则该换热器管程N=58X2=116(根)(3)平均传热温差校正及壳40-30140-4040-30=10?= =0091程数平均传热温差校正系数 40-30 140-30第2章换热器设计按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但 R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R,PR代替P，查同一图线，可得 ©At=0.82平 均 传 热 温 差 △tm=<f)At△t'm=0.82X39=32(C)(4)传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1・25d0,贝U t=1.25X25=31.2532(mm)横过管束中心线的管数：「,=\ =\\(根)(5)壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径为 '(mm)圆整可取D=450mm(6)折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为h=0.25X450=112.5(mm)，故可取h=110mm。取折流板间距B=0.3D，贝UB=0.3X450=135(mm)，可取B为150。折流板数NB=传热管长/折流板间距-仁6000/150-仁39（块）折流板圆缺面水平装配。（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u二1.0m/s，则接管内径为品流速为u二1.0m/s，则接管内径为4x6000/(3600x825)』 3.14x1.0=0051Q取标准管径为50准管径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5m/s,则接管内径为4竺竺空u4竺竺空u叫）3.14x1.56•换热器核算（1）热量核算①壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式盹丸久纟班严数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式盹丸久纟班严P严（上严、 厂2当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积xO032-fx00252)—__ =0.0203.14x0.025&角形排列得壳程流通截面积xO032-fx00252)—__ =0.0203.14x0.025&=52)(1-気二CH5x0・45x(1-x0X20=0.01476-LL-_j.22xl0x715xl0pr =11340140皆解籍咖严切好476②管程对流传热系数£=0785x0.02*116/2=0.0182(m)(m)—沁空竺U】37(沁)° 0.01476“ 0.02x0.0137x825)门“Re八= 0-000715 = 普兰特准数(巴严»1粘2W/（m-C）铐二县R严P严; 管程通截面积(m2)-艾珈（36皿9叽佔皿）'0.0182管程流体流速一-厂408xiyx0725xl严)〈》Pr厂408xiyx0725xl严)〈》Pr=0.626=4.73=0023x—xl3628°S4.73c*=27210.022W/(mC) +0.0003442721x0.020x.0250.0200.0025x0.025+ +0.0003442721x0.020x.0250.0200.0025x0.025+00001?2+476+45x0.0225=310.2£=I竺空」 A——l_- _」』s一…二(m2)该换热器的实际传热面积(Sp-.S-SH=—xlOO%=该换热器的面积裕度为「④传热面积480-369-x100%=3Q1阴..传热面积裕度W/(m-°C)合适，该换热器能够完成生产任务。(E/Pi=(R1+AP2)FtNsNpNs=1,仔㈣仏合适，该换热器能够完成生产任务。(E/Pi=(R1+AP2)FtNsNpNs=1,仔㈣仏2_ 994xf隔二:年=3x994X04972=1362・7j49=3683(Pa)2)换热器内流体的流动阻力①管程流动阻力Np=2, Ft=1.5- 二由Re=13628,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄图得入=0.037W/m•C，流速ui=0.497 m/s,P=994kg/m3,所以----—…山管程流动阻力在允许范围之内。②壳程阻力刀夕o=(:AP'1+P2)tNsNs=l,Ft二流体流 经 管束的阻力lI05=5x31(5「J0.7962n=\XN=29u■0.137t3fff825x0.1373A/=0.5x0.7962x13x(39+1)阔二比◎-竺