列管式换热器的设计计算.doc

2、4 列管换热器设计示例
某生产过程中,需将6000 kg/h得油从140℃冷却至40℃,压力为0、3MPa;冷却介质采用循环水,循环冷却水得压力为0、4MPa,循环水入口温度30℃,出口温度为40℃。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)选择换热器得类型
两流体温度变化情况:热流体进口温度140℃,出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃,出口温度40℃。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,估计该换热器得管壁温与壳体壁温之差较大,因此初步确定选用带膨胀节得固定管板式式换热器。
(2)流动空间及流速得确定
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ф25×2、5得碳钢管,管内流速取ui=0、5m/ｓ。
2.确定物性数据
定性温度:可取流体进口温度得平均值。
壳程油得定性温度为(℃)
管程流体得定性温度为(℃)
根据定性温度,分别查取壳程与管程流体得有关物性数据。
油在90℃下得有关物性数据如下:
密度　　 ρo=825 kg/m3
定压比热容　　 cpo=2、22 kJ/(kg·℃)
导热系数　　 λo=0、140 W/(m·℃)
粘度　　 μo=0、000715 Pa·s
循环冷却水在35℃下得物性数据:
密度　　 ρi=994 kg/m3
定压比热容　　 cpi=4、08 kJ/(kg·℃)
导热系数　　 λi=0、626 W/(m·℃)
粘度　　　　 μi=0、000725 Pa·s
3.计算总传热系数
(1)热流量
Qo=WocpoΔto=6000×2、22×(14040)=1、32×106kJ/h=366、7(kW)
(2)平均传热温差
(℃)
(3)冷却水用量
(kg/h)
(4)总传热系数K
管程传热系数

W/(m·℃)
壳程传热系数
假设壳程得传热系数αo=290 W/(m2·℃);
污垢热阻Rsi=0、000344 m2·℃/W , Rso=0、000172 m2·℃/W
管壁得导热系数λ=45 W/(m·℃)

=219、5 W/(m·℃)
4.计算传热面积
(m2)
考虑 15％得面积裕度,S=1、15×S′=1、15×42、8=49、2(m2)。
5.工艺结构尺寸
(1)管径与管内流速
选用ф25×2、5传热管(碳钢),取管内流速ui=0、5m/s。
(2)管程数与传热管数
依据传热管内径与流速确定单程传热管数

按单程管计算,所需得传热管长度为(m)
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L=6m,则该换热器管程数为(管程)
传热管总根数 N=58×2=116(根)
(3)平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数

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得点在图上难以读出,因而相应以1/R代替R,PR代替P,查同一图线,可得φΔt=0、82
平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0、82×39=32(℃)
(4)传热管排列与分程方法
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、25 d0,则
t=1、25×25=31、25≈32(mm)
横过管束中心线得管数(根)
(5)壳体内径
采用多管程结构,取管板利用率η＝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得25％,则切去得圆缺高度为h＝0、25×450＝112、5(mm),故可取h＝110 mm。
取折流板间距B＝0、3D,则B＝0、3×450＝135(mm),可取B为150。
折流板数 NB=传热管长/折流板间距1=6000/1501=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＝1、0 m/s,则接管内径为

取标准管径为50 mm。
管程流体进出口接管:取接管内循环水流速 u＝1、5 m/s,则接管内径为

6.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

当量直径,由正三角形排列得
(m)
壳程流通截面积
(m)
壳程流体流速及其雷诺数分别为

普兰特准数

粘度校正
W/(m2·℃)
②管程对流传热系数

管程流通截面积(m2)
管程流体流速

普兰特准数
W/(m2·℃)
③传热系数K

=310、2 W/(m·℃)
④传热面积S
(m2)
该换热器得实际传热面积Sp
( m2)
该换热器得面积裕度为

传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。
(2)换热器内流体得流动阻力
①管程流动阻力
∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp
Ns=1, Np=2, Ft=1、5

由Re＝13628,传热管相对粗糙度0、01/20＝0、005,查莫狄图得λi＝0、037 W/m·℃,
流速ui＝0、497 m/s,ρ＝994 kg/m3,所以

管程流动阻力在允许范围之内。
②壳程阻力
∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs
Ns＝l,Ft＝l
流体流经管束得阻力

流体流过折流板缺口得阻力

总阻力∑ΔPo＝1202＋636、2＝1838、2(Pa)＜10 kPa
壳程流动阻力也比较适宜。
③换热器主要结构尺寸与计算结果 换热器主要结构尺寸与计算结果见表213。