管壳式换热器设计选型

食品工程原理课程设计,管壳式换热器的选型,换热器的设计,换热器，在不同温度的流体间传递热能的装置称为换热器。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述行业的通用设备，占有十分重要的地位。,列管式换热器的设计,1、热力设计2、流动设计3、结构设计4、强度设计,热力设计,根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并进行传热计算。计算出总传热系数、传热面积,流动设计,计算压降，为换热器的辅助设备提供选择参数,结构设计,根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸,强度设计,应力计算。考虑换热器的受力情况，特别是在高温高压下换热器的受压部件应按照国家压力容器的标准设计。,列管式换热器的工艺设计,1、根据换热任务和有关要求确定设计方案2、初步确定换热器的结构和尺寸3、核算换热器的传热面积和流体阻力4、确定换热器的工艺结构,设计方案的设计,1、换热器类型的选择固定管板式换热器浮头式换热器U型管换热器填料函式换热器,2、流动空间的选择,原则（1）传热系数较小的一个，应流动空间较大，使传热面两侧的传热系数接近（2）换热器减少热损失（3）管、壳程的决定应做到便于除垢和修理，以保证运行的可靠性（4）应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力。从这个角度来讲，顺流式就优于逆流式（5）对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄露，应特别注意其密封性，密封不仅要可靠，而且应要求方便及简洁（6）应尽量避免采用贵金属，以降低成本,流动空间选择的具体措施,（1）宜于通入管内空间的流体不清洁的流体体积小的流体有压力的流体腐蚀性强的流体与外界温差大的流体,（2）宜于通入管间空间的流体当两流体温度相差较大时，值大的流体走管间若两个流体给热性能相差较大时，值小的流体走管间饱和蒸汽走管间黏度大的流体走管间泄露后危险性大的流体走管间,3、流速的确定,换热器常用流速的范围,列管式换热器易燃、易爆液体和气体允许的安全流速,材质的选择,1.碳钢2.不锈钢,换热管布置和排列间距,常用换热管规格有192mm,252mm(不锈钢）,252.5mm（碳钢）,排列方式：正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列、同心圆排列,图形表示,管板,管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接管板与壳体的连接有可拆连接和不可拆连接两种。,封头和管箱,封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。,壳体,壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排除之用。直径小于400mm的壳体通常用钢管制成，大于400mm的可用钢板卷焊而成。壳体材料根据工作温度选择，有防腐要求时，大多考虑使用复合金属板。,壳体内径的计算,单程管：t是管心距，mmdo换热管外径，mmnc横过管束中心线的管数，该值与管子排列方式有关正三角形排列：正方形排列：,多管程排列,N-排列管子数目-管板利用率（正三角形排列2管程：0.7-0.85；4管程：0.6-0.8正方形：2管程：0.55-0.7;4管程：0.45-0.65,设计示例,年处理量：6000kg/h，煤油从14040循环水入口温度：3040煤油压力：0.3MPa循环水压力：0.4MPa,1.选择换热器类型,考虑季节操作，选用带有膨胀节的固定管板式换热器,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，油走壳程，选用252.5的碳钢管，管内流速取0.5m/s。,确定物性数据,壳程油的定性温度为：T90管程流体的定性温度为：t35,根据定性温度查处煤油和水物性,密度定压必热容导热系数粘度,计算总传热系数,工艺结构尺寸,1.管径和管内流速：选用252.5传热管（碳钢），取管内流速0.5m/s2.管程数和传热管数单程传热管数：,按单管程设计，所需的传热管长度为：,现取传热管长为6m，,则管程数：总管数582116,换热器核算,1.热量衡算由于采用圆缺形折流板，可采用克恩公式,当量直径，若是正三角形排列,壳体流通截面积,壳程流速及雷诺数为,一.设计任务书,1.已知热流体热量，温度、，冷却介质温度,2.确定换热面积及选定换热器,3.选用一台合适的离心泵,实例,qm1,T1,qm1,T2,t1,t2,二.设计步骤,1.求出换热器的热流量,2.作出适当的选择并计算,3.根据经验估计传热系数，计算传热面积,4.计算冷、热流体与管壁的,5.压降校核,6.计算传热系数，校核传热面积,7.选用一台合适的离心泵,三.设计结果,换热器的型号离心泵的型号流程安排,.求出换热器的热流量,根据已知条件、，求,实例,.作出适当的选择并计算,流向的选择,确定冷却介质出口温度，求对数平均推动力,对进行修正,查图得到,一般逆流优于并流,实例,.根据经验估计传热系数，计算传热面积,根据初选换热器,实例,.计算冷、热流体与管壁的,确定冷、热流体走管程或壳程,确定管内流速,根据所选换热管确定管子的排列,目前我国国标采用和,管长有1.5、2、3、4.5、6、9m,核定管壳式换热器内常用流速范围,管程数,管子数,折流挡板,安装折流挡板的目的是为了提高管外对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度,国标挡板间距：,取壳体内径的20%和25%,固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm,浮头式：100、150、200、250、300、350、450（或480）、600mm,管程给热系数,若，则改变管程数重新计算或重新估计,物性系数在定性温度下求得,实例,壳程给热系数,若太小，则可减少挡板间距,实例,.压降校核,管程阻力校核,管程数,管程结垢校正系数，对三角形排列取1.5，正方形排列取1.4,改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面的损失,必须调整管程数目重新计算,实例,壳程阻力损失,可增大挡板间距,折流板数目,横过管束中心线的管子数,折流板间距,壳体内径,按壳程流动面积计算所得的壳程流速,管子排列形式对压降的校正系数,壳程流体摩擦系数,实例,.计算传热系数校核传热面积,根据流体的性质选择适当的垢层热阻,否则重新估计，重复以上计算,实例,冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出口温度,根据一般经验过程要有一定的推动力，,冷却介质若是工业用水，含有、等盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类析出，形成垢层，工业冷却水出口温度应小于,若根据、在图上找不到相应的点，表明此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流动方式。若，经济上不太合理，且操作温度变化时，可能使急剧下降，影响操作的稳定性，应改为其他流动方式。,原则：,不洁净和易结垢的液体宜在管程,腐蚀性流体宜在管程,压强高的流体宜在管内,饱和蒸汽宜走壳程,被冷却的流体宜走壳程,若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程,流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜,列管式换热器内常用的流速范围,不同粘度液体的流速,较大,给热效果较差管外清洗方便,大,对正方形,对正三角形,为相邻两管的中心距，为管外径，两块挡板间距离，为壳体直径,常见流体的污垢热阻,初选换热器,选冷凝水出口温度定性温度,计算,据此定性温度，查表得水的物性数据,初拟定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。由图查得修正系数。,参照表，初步估计，传热面积,由换热器系列标准，初选型换热器,根据经验估计传热系数，计算传热面积,管程流动面积,管内冷却水流速,管程给热系数,管程给热系数计算,壳程给热系数计算,壳程中有机物被冷却，取,，可行,取管壁粗糙度，查图得管程压降,管程压降的校核,取折流挡板间距，因系正方形排列，管束中心线管数,壳程流动面积,因故,壳程压降校核,管子排列为正方形，斜转安装，取校正系数,取垢层校正系数挡板数壳程压降,，可行,查表，取，,根据所选换热器,传热面积校核,符合要求,型换热器适合,一.管径初选,初取水经济流速,由于87mm不是标准管径，因此确定经计算符合经济流速范围故确定，,二.压头,在水槽液面及压力表2处列柏努利方程，如图,取，,查图得=0.025局部阻力：底阀1个标