列管式换热器的计算.docx

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列管式换热器的计算

四、列管式换热器的工艺计算

4.1、确定物性参数：

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

T=（140+40）/2=90℃

管程流体的定性温度为

t=（30+40）/2=35℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据

煤油在定性温度下的物性数据：

ρo=825kg/m3

μo=7.15×10-4Pa•S

cpo=2.22KJ/（Kg•℃）

λo=0.14W/（m•℃）

循环冷却水在35℃下的物性数据：

ρi=994kg/m3

Cpi=4.08KJ/（kg.℃）

λi=0.626W/（m.℃）

μi=0.000725Pa.s

4.2、计算总传热系数：

4.2.1、热流量

mo=［（15.8×104）×103］/（300×24）=21944Kg/h

Qo=mocpoto=21944×2.22×（140-40）=4.87×106KJ/h=1353KW

4.2.1.2、平均传热温差

4.2.1.3、冷却水用量

Wi=Qo/CpiΔt=4.87×106/（4.08×（40-30））=119362Kg/h

4.2.2、总传热系数K

=0.023×

×

×

=4759W/（

.℃﹚

壳程传热系数：

假设壳程的传热系数

污垢热阻

管壁的导热系数λ=45W/﹙m.℃﹚

则总传热系数K为：

4.3、计算传热面积

S’=Q/（KΔt）=（1353×103）/（310×39）=111.9m2

考虑15%的面积裕度，S=1.15×S’=128.7m2

4.4、工艺结构尺寸

4.4.1、管径和管内流速

选用φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速μi=1m/s

4.4.2、管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数

=（119362/（994×3600）

0.785×0.022×1

=106.2≈107根

按单程管计算，所需的传热管长度为

=128.7/（3.14×0.025×107）=15.32m

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

现取传热管长L=6m,则该换热管程数为

=15.32/6=2.6≈3管程

传热管总根数

N=107×3=321根

4.4.3、平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

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，查同一直线，可得

4.4.4、传热管排列和分程方程方法

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=1.25do,则

t=1.25×25=31.25≈32（mm）

横过管束中心线的管数

=1.19

=22根

采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为

=1.05×

=723mm

圆整可取D=800mm

4.4.5、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=0.25×800=200（mm）

故可取h=200（mm）

取折流板间距B=0.3D，则

B=0.3×800=240（mm）,可取B为250mm。

折流板数

=6000/250-1=23块

折流板圆缺面水平装配。

4.4.6、接管

壳程流体进出口接管：

取接管内油品流速为u=1.0m/s，则接管内径为

=）

=0.097m

取管内径为100mm

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

d2=

=0.17m

取标准管径为170mm

4.5、换热器核算

4.5.1、热量核算：

壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式

当量直径，由正三角形排列得

=

=

=0.020（m）

壳程流通截面积

=0.24×0.8×

=0.042m

壳程流体及雷诺数为

u0=

m/s

Re0=0.02×0.176×825/0.000715=4062m/s

普兰特准数

粘度校正

a0=0.36×（0.140/0.02）×40620.55×11.34⅓×1=547W/（m2•℃）

4.5.2、管程对流传热系数

管程流通截面积

Si=0.785×0.022×107=0.0336m2

管程体流速

ui=（119362/（3600×994））/0.0336=0.992m/s

Re=0.02×0.992×994/0.000725=27201.3

普兰特准数

ai=0.023×（0.626/0.02）×27201.30.8×4.730.4=4730.2W/（m2•℃）

4.5.3、传热系数K

查有关文献知

管外侧污垢热阻：

管内侧污垢热阻：

管壁热阻:

查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为λ=45W/（m.K）

=365.3

4.5.4、传热面积S

S=Q/（KΔt）=1353×103/（365.3×32）=115.7m2

该换热器的实际传热面积Sp

Sp=πd0L（N-nc）=3.14×0.025×6×（321-22）=140.8m2

该换热器的面积裕度为

=（140.8-115.7）/115.7

=21.69％

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务

4.5.5、换热器内流体的流动阻力

管程流动阻力

Ft=1.4Ns=1Np=3

由Re=27201传热管相对粗糙度0.01/20=0.0005，查莫狄图得λf=0.032W/（m2•℃）流速u=0.992m/sρ=994kg/m3所以

△P1=0.032×（6/0.02）×（（0.9922×994）/2）=4733Pa

△P2=3×994×0.9922/2=1479Pa

ΣΔPi=（4733+1479）×1.4×3×1=26091Pa﹤105Pa

管程流动阻力在允许的范围之内

壳程流动阻力

Ns=1Fs=1.15

流体流经管束的阻力

F=0.5

f=5.0×Re0-0.228=5×4062-0.228=0.752

nc=22NB=23u0=0.176m/s

=0.5×0.752×22（23+1）×825×0.1762/2

=2537Pa

流体流过折流板缺口的阻力

B=0.25mD=0.8m

△P2’=23×（3.5-（2×0.25/0.8））×（825×0.1762/2）

=845Pa

=（2537+845）×1×1.15

=5073Pa﹤10KPa

均符合要求，故所设计的换热器符合条件。