换热器换热面积选型计算方法省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、换热器课程设计换热器课程设计第三节第三节 换热器计算方法换热器计算方法第第1页页换热器:换热器:在不一样温度流体间传递热能装置称在不一样温度流体间传递热能装置称为换热器。为换热器。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们是上述行业通用设备,泛使用各种换热器,且它们是上述行业通用设备,占有十分主要地位。占有十分主要地位。第第2页页1、热力设计、热力设计 依据使用单位提出基本要求,合理地选择运行依据使用单位提出基本要求,合理地选择运行参数,并进行传热计算。参数,并进行传热计算。计算出总传热系数、传热面积计算出总传热系数、传热面积2、流
2、动设计、流动设计 计算压降,为换热器辅助设备提供选择参数计算压降,为换热器辅助设备提供选择参数3、结构设计、结构设计 依据传热面积大小计算其主要零部件尺寸依据传热面积大小计算其主要零部件尺寸4、强度设计、强度设计 应力计算。考虑换热器受力情况,尤其是在高应力计算。考虑换热器受力情况,尤其是在高温高压下换热器受压部件应按照国家压力容器标温高压下换热器受压部件应按照国家压力容器标准设计。准设计。第第3页页管壳式换热器结构管壳式换热器结构管箱(封头)管箱(封头)壳体壳体内部结构(包含管束等)内部结构(包含管束等)单管程固定管板换热器单管程固定管板换热器接管接管接管接管壳体壳体壳体壳体管束管束管束管束
3、管板管板管板管板封头(封头(封头(封头(端盖、管箱)端盖、管箱)端盖、管箱)端盖、管箱)折流挡板折流挡板折流挡板折流挡板管程管程壳程壳程第第4页页 不洁净和易结垢液体宜在管内不洁净和易结垢液体宜在管内-清洗比较方便清洗比较方便 腐蚀性流体宜在管腐蚀性流体宜在管内内-防止壳体和管子同时腐蚀,便于清防止壳体和管子同时腐蚀,便于清洗洗 压强高流体宜在管内压强高流体宜在管内-免壳体受压,节约壳程金属消耗量免壳体受压,节约壳程金属消耗量 饱和蒸汽宜走管间饱和蒸汽宜走管间-便于及时排除冷凝液便于及时排除冷凝液 有毒流体宜走管内,使泄露机会较少有毒流体宜走管内,使泄露机会较少 被冷却流体宜走管间被冷却流体宜
4、走管间-可利用外壳向外散热作用可利用外壳向外散热作用 流量小或粘度大液体,宜走管间流量小或粘度大液体,宜走管间-提升对流传热系数提升对流传热系数 若两流体温差较大,对流传热系数较大者宜走管间若两流体温差较大,对流传热系数较大者宜走管间-降低降低热应力热应力一、流体流径选择一、流体流径选择-冷、热流体走管程或壳程冷、热流体走管程或壳程上述各点若不能同时兼顾,应视详细情况抓主要矛盾。上述各点若不能同时兼顾,应视详细情况抓主要矛盾。先流体压强、防腐蚀和清洗等要求,再校查对流传热系数和压强降。先流体压强、防腐蚀和清洗等要求,再校查对流传热系数和压强降。第第5页页增加流速增加流速对流传热系数对流传热系数
5、,污垢热阻,污垢热阻总传热系数总传热系数 传热面积传热面积流动阻力流动阻力和动力消耗和动力消耗还需考虑结构上:还需考虑结构上:高流速高流速管子数目管子数目较长管子或增加程数较长管子或增加程数 管子太长不易清洗,且管长都有一定标准;管子太长不易清洗,且管长都有一定标准;程数增加使平均温度差下降程数增加使平均温度差下降二、流体流速选择二、流体流速选择一定传热面积一定传热面积第第6页页惯用流速范围惯用流速范围不一样粘度液体流速不一样粘度液体流速 流体种类流体种类 流速流速管程管程壳程壳程普通流体普通流体0.530.21.5易结垢流体易结垢流体10.5气体气体530315液体粘度液体粘度最大流速最大流
6、速 1500 0.6 1500500 0.75 500100 1.1 10035 1.5 351 1.8 4管程:管程:0.6-0.8正方形排列正方形排列 2管程:管程:0.55-0.7;4管程:管程:0.45-0.65第第18页页计算得到壳内径应圆整。计算得到壳内径应圆整。壳体标准尺寸壳体标准尺寸壳体外径壳体外径/mm325400 500 600 700800 900 10001100 1200最小壁厚最小壁厚/mm8101214第第19页页八、主要附件八、主要附件1.封头封头方形:用于直径小壳体(方形:用于直径小壳体(400mm););圆形:用于大直径壳体。圆形:用于大直径壳体。2.缓冲挡
7、板缓冲挡板 为预防壳程流体进入换热器时对管束冲击,可在进料为预防壳程流体进入换热器时对管束冲击,可在进料管口装设缓冲挡板管口装设缓冲挡板3.导流筒导流筒 壳程流体进、出口与管板间存在一段流体不能流动空壳程流体进、出口与管板间存在一段流体不能流动空间(死角),为了提升传热效果,常在管束外增设导流筒。间(死角),为了提升传热效果,常在管束外增设导流筒。第第20页页4.放气孔、排液孔放气孔、排液孔 壳体上常安有放气孔和排液孔,排出不冷凝气体和冷凝壳体上常安有放气孔和排液孔,排出不冷凝气体和冷凝液等。液等。5.接管接管 换热器中流体进、出口接管直径按下式计算,即换热器中流体进、出口接管直径按下式计算,
8、即 Vs流体体积流量,流体体积流量,u流体在接管中流速流体在接管中流速流速流速u经验值可取为:经验值可取为:对液体对液体 u=1.52m/s;对蒸气;对蒸气u=2050m/s;对气体对气体u=(0.150.2)p/(p为压强,为压强,kPa;为气体密度为气体密度)。第第21页页九、材料选取九、材料选取 材料应依据操作压力、温度及流体腐蚀性等来选取。材料应依据操作压力、温度及流体腐蚀性等来选取。当前惯用金属材料有:碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和当前惯用金属材料有:碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等。铝等。非金属材料有:石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。非金属材料有:石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。第第22页页十、
9、流体流动阻力(压强降)计算十、流体流动阻力(压强降)计算1.管程流动阻力管程流动阻力 总阻力等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口之和。总阻力等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口之和。普通进、出口阻力可忽略不计,管程总阻力计算式为:普通进、出口阻力可忽略不计,管程总阻力计算式为:第第23页页2.壳程流动阻力壳程流动阻力用埃索法计算壳程压强降,即用埃索法计算壳程压强降,即第第24页页液体流经换热器压强降为液体流经换热器压强降为液体流经换热器压强降为液体流经换热器压强降为10100kPa10100kPa,气体为,气体为,气体为,气体为110kPa110kPa。第第25页页设计步骤设计步骤 1、试算并
10、初选设备规格、试算并初选设备规格 确定流体在换热器中流动路径。确定流体在换热器中流动路径。依据传热任务计算热负荷依据传热任务计算热负荷Q。确定流体在换热器两端温度,选择列管换热器形式;确定流体在换热器两端温度,选择列管换热器形式;计算定性温度,并确定在定性温度下流体物性。计算定性温度,并确定在定性温度下流体物性。计算平均温差,并依据温度差校正系数不应小于计算平均温差,并依据温度差校正系数不应小于0.8标标准,决定壳程数。准,决定壳程数。依据总传热系数经验值范围,或按生产实际情况,选依据总传热系数经验值范围,或按生产实际情况,选定总传热系数定总传热系数K值。值。由传热速率方程,初步算出传热面积,
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