列管式换热器设计水蒸气加热水Word文档下载推荐.docx
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管束的壁面即为传热面。
其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。
为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。
折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。
在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
三、初步选定换热器
1、选择换热器的类型
两流体温的变化情况：
热流体进口温度147.7C出口温度
147.7C;
冷流体进口温度10C，出口温度为80C，该换热器用循
环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用固定管板式列管式换热器。
2、管程安排
从两物流的操作压力看，应使水蒸气走管程，循环冷却水走
壳程。
但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，水蒸气走壳程。
3.冷热流体流向安排：
逆流
4.管径和管内流速
选用①25X2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），参见资料取管内流速
ui=1.5m/s。
设计参数
水
水蒸汽
入口温度「C
10
出口温度IC
80
定性温度re
45
147.7
密度/kg•m-3
990.0
2.4152
黏度/Pa•s-1
0.000600
0.0000128
定压比热容/kJ•kg-1•k-1
4.174
热导率/W・m-1•k-1
0.6400
0.6835
汽化潜热/kJ•kg-1
2125.4
四、设计计算与说明
（一）计算总传热系数
QimCpT=130/3600X1000X4.174X（80-10）=10550kJ/s
水蒸气流速
（kg⑸
Q1055010005.21
2125.41000
Vs=m/p=2.16m^3/s
求得△tm,1=98.59C
求传热面积A需要先知道传热系数K值，而K值又与给热系数、
污垢热阻等有关。
在换热器的直径、流速等参数未定时，给热系数也无法计算，所以只能先进行试算。
根据资料查得和水之间的传热
系数在1300W/（rn
-C）左右，先取K值为1100W/（m「C）计算，则
传热面积为：
由Q=KA△tm得:
考虑安全系数
5%-15%取10%贝JA=97.3X（100+10）%107（^）
（二）工艺结构尺寸
1、管程数和传热管数
设所需单程管数为n从管内流量体积可依据传热管内径和流速确
定单程传热管数
ms131.3（m-h-1）
V131.3/3600”
n—277
.20.7850.02521.5
-diU1
按单程管计算,
107
所需的单程传热管长度为：
L=nOn3.140.0257717-7m
情况，采用标准设计，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为:
L177
NP=-17.73.94
l4.5
传热管总根数：
Nt=77X4=308（根）
2、传热管排列和分程方法
（1）
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。
（2）取管心距t=1.25d0，贝Jt=1.25X25=31.25〜32m
隔板中心到离其最近一排管中心距离计算:
S二"
2+6=32/2+6=22mm
（3）各程相邻管的管心距为44mm。
3、壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，贝y壳体内径为:
D=1.05tJNt/1.0532/308/0.7681mm
可取D=700mm4、折流挡板
（1）采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%
则切去的圆缺高度为:
H=0.25D=0.25X700=175m
故可取H=200mm
（2）折流板间不小于0.2D,不大于D,取折流板间距h=350mm
（3）折流板用拉杆和定距管固定
5、接管直径
（1）壳程流体进出口接管：
取接管内蒸汽流速为u=40m/s，贝y接
管内径为？
?
d1J竺启空咤0.262mmm
Pu¥
3.1440
圆整到标准尺寸为①273X8mm
（2）管程流体进出口接管：
取接管内水流速u=2.5m/s，则接管内
径为
3.142.5
d2『130000/（3600"
O.O）136.3mm
圆整到标准尺寸为①165X4.5mm
（3）冷凝口出口管径：
取管内流速u=2.0m/s
圆整到标准尺寸为①60X3.5mm
6、管板及外壳壁厚度
7、外壳直径及长度
&
容器法兰
9、封头设计
封头选取：
蝶形封头厚度:
14mm
查资料得相近固定管板式换热器的主要参数，如下图:
项目
数据
壳径D（DN
700mm
管尺寸
①25X2.5mm
管程数N
4
管长l
4.5m
管数n
322
管排列方式
正三角形排列
中心排管数nc
21
管心距
32mm
管程流通面积S
0.0253m2
传热面积A
111.2m2
对照上表可做以下核算:
①每程的管数ni=总管数n/管程数2=322/4=80.5,管程流动面积S=
（n/4）（0.02）2X80.5=0.0253m2,与查得的0.0253m2很好符合;
2
②传热面积A=nd0ln=3.14X0.025X4.5X80.5=113.8m，比查得
的111.2m2稍大，这是由于管长的一部分需用于在管板上固定管子。
应
以查得的A=111.2m为准;
③中心排管数nc,查得的nc=21正合适。
（三）换热器核算
1、热流量核算
1）管程给热系属
=7234.9W/m2?
k
1RRdo_d「dob）
；
0A"
^7）
=1109.5w/m•k
4）所需传热面积Ac為謬980廟96.5m2
面积裕度为HT皆15.2%传热面积裕度在10%-25%间合适，该换热器能够完成生产任务。
五、收获
经过一个星期的计算和设计，我成功地设计出了一个列管换热器，这让我收获颇多。
1）首先我了解到了设计仪器的一般步骤，让我对于换热器有了更加深层次的了解.
2）其次，我了解到了把书本上的简单符号转换到实际设计中有多么困
难，有太多的问题需要去考虑，这些不是单纯的计算能够解决问题的，需要查阅大量的资料才能解决。
3）最后，我对于实际工具的设计有了系统的认识，这对于我在以后实际工作有很大的帮助。
六、参考文献
主要参考文献
[1]罗舜青，刘成梅.食品工程原理【Ml.北京：
化学工业出版社,2010.
[2]姚玉英.化工原理【M】.天津：
大学出版社,1999.
[3]谭天思.化工原理【Ml.北京：
化学工业出版社,2006.
[4]刘雪暖.化工原理课程设计【Ml.山东:
石油大学出版社,2001.
[5]李云飞.食品工程原理概念与习疑解答【Ml.北京:
中国农业大
学,2004.
[6]唐克中.画法几何与工程制图【Ml.北京:
高等教育出版社,2002.
附件一
换热器主要结构尺寸和计算结果
换热器型式：
固定管板式
换热器面积（m^）:
111.2
工艺参数
名称
管程
壳程
物料名称
循环水
水蒸气
操作压力/MPa
常压
0.45
操作温度/C
10/80
147.7/147.7
流量/kg•h-1
130000
18756
流体密度/kg•m3
流速/m•s
1.5
35.27
对流传热系数
/w•nf•k-1
7234.9
7951.4
污垢系数/m—k•W
0.0004
0.000052
程数N
1
使用材料
碳钢
总传热系数/W•m
-1•k-1
1109.5
传热量/kw
10550
壳内径D（DN）
700mm
25X2.5mm
管长l/mm
4500
外壳长度/mm
5578
管心距/mm
32
相邻管心距/mm
44
折流挡板型式
弓形
圆缺高度/mm
200
折流板间距/mm
350
折流挡板厚度/mm
6
管程流通面S/m2
0.0253
正三角形
水蒸气接口管径/mm
①273X8
循环水接口管径/mm
①165X4.5
冷凝水出口管径/mm
①60X3.5
不凝性气体出口管/mm
①78X3
管板厚度/mm
18.75
外壳壁厚度/mm
14
封头厚度/mm
封头型式
蝶形
螺栓孔径/mm
30
法兰外径/mm
975
法兰厚度/mm
螺栓孔数/个
24
螺栓孔中心圆径/mm
920
螺纹规格
M27
拉杆直径/mm
16
拉杆数目
附件二
主要符号说明
符号
说明
Q
传热速率，W
对数平均温差
卩
粘度，Pa・S
m
质量流量，kg/s
V
体积流量，m3/s
P
密度，kg/m3
d
管径，m
D
换热器外壳内径，m
u
流速，m
£
绝对粗糙度
入
摩擦系数
l
管长，m
B
折流板间距，m
A
传热面积，m
t
冷流体温度，C
T
热流体温度，C
H
圆缺高度，m
K
总传热系数，W/（m2・C）
n
单程传热管数
N
传热管总根数
NP
nc
中心排管数
外壳壁厚度，m
Pr
普兰特准数
Nu
努塞尔特准数
Re
雷诺准数
a
对流传热系数W/（m2-C）
NB
折流板数
h
折流板间距
（下标）
i
管内
o
管外
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