列管式换热器的设计计算培训讲学

1、列管式换热器的设计计算精品资料2.4列管换热器设计示例某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140 C冷却至40C，压力为0.3MPa ;冷却介质采用循 环水，循环冷却水的压力为 0.4MPa，循环水入口温度30C，出口温度为40C。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) 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140C，出口温度40C冷流体(循环水)进口温度30C，出口温度40 C。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，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固 定管板式式换热器。(2 )流动

2、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，油品走壳程。选用©25 >2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ s。2. 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为(C)管程流体的定性温度为，(C )根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90 C下的有关物性数据如下：密度po=825 kg/m3定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg °C ) 导热系数力=0.140 W/(m C )粘度2=0.000715 Pas -循环冷却水在35 C下的物性数据： 密度p=994 kg/m 3定压比热

3、容 cpi=4.08 kJ/(kg C )导热系数入=0.626 W/(m C )粘度pi=0.000725 Pa s -3计算总传热系数(1) 热流量Qo=Wocpo Ato=6000 >2.22 >40-40)=1.32 106kJ/h=366.7(kW)(2) 平均传热温差址、為&40 -40)-(40-30) ”14 0-404O- 30(C)=jy(3) 冷却水用量仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢713200004.03x(40-30)32353(kg/h)(4) 总传热系数K管程传热系数13S70£鸥口 0.02x0.5x994冋：0.00

4、0725-0 023 xx13673-4 03 x10s xO 0007250.626=2731W/(m -°C)壳程传热系数假设壳程的传热系数o=290 W/(m 2 C );污垢热阻 Rsi=0.000344 m 2 C /W , Rso=0.000172 m2 C /W管壁的导热系数 ?=45 W/(m C )10.0252731x0.020H-C .000344 x0.0250.O2D0 0325 k0 02545x0.0225=219.5 W/(m C)4 计算传热面积 366.7x12219/5x39= 42.8(m2)考虑 15% 的面积裕度，S=1.15 X S

5、9; =1.15 X 42.8=4922(m5.工艺结构尺寸(1 )管径和管内流速 选用©25X2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。(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32353/x3600)d785x0.022x0.549.2按单程管计算，所需的传热管长度为'3.14x0.025x53= 10 2(m)40-30MO-30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=58X2=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(mm)第2章换热器设计按单壳程

6、，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,查同一图线，可得(f)At=0.82平均传热温差 tm= ©AtAt'm=0.82X39=32(C)(4 )传热管排列和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 X 25=31.25 32(mm)横过管束中心线的管数'(根)(5 )壳体内径采用多管程结构，取管板利用率耳=0.7，则壳体内径为D-I OSjJn/t? - 1.05x32116/0.7-4325 ,、圆整可取D = 450m

7、m(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的25%，则切去的圆缺高度为h= 0.25X450 = 112.5(mm)，故可取 h = 110 mm。取折流板间距 B = 0.3D，贝U B = 0.3 X450= 135(mm)，可取 B 为 150。折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=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 壳程对流传热系数对圆

8、缺形折流板，可采用凯恩公式 = 0.36昱肌沪讣严(出严当量直径，由正三角形排列得尸_疋)4(«0.032a-f xO.0253) -2= Q.Q203.14x0.025(、壳程流通截面积(m)二 0J5xO.45xfl-25)x0.020= 0.01476(m)壳程流体流速及其雷诺数分别为6000/(3600x825)0X1476= 0.137(加对0.02x0.137x825) iri 31610.000715普兰特准数2,22xltfx715xl0)Pr = = 11.340 140粘度校正 "u% =(1 茹工 21辿 x31610jWx11.34l/3 = 476

9、W/(m 2 -°C) 管程对流传热系数cl = 0.023ARePtM 管程流通截面积二二刖 管程流体流速辱洱連浮u知皿)CJ0182精品资料Pr =普兰特准数4.0Sx103x0.725x10-?)”力=4. /J0.626塀=0.023xxl362S°3 x4.730J = 2721W/(m 2 ：C) 传热系数K0.0252721x0.0200.0025x0.02545x0.0225+0000172 + 476仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢9=310.2 W/(m C) 传热面积SQkm72_ 36£7xl£310.2x32= 36.

10、9(m2)该换热器的实际传热面积Sp(m2)=ndJU = 3 J 4 x0.025 x (6- 0.0 6) x (116 -13() = 48.0 该换热器的面积裕度为H = xlOO% = 4S0j69xW0% = 30.1%S36.9传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。(2)换热器内流体的流动阻力管程流动阻力E/Pi=( R1+ AP2)FtNsNpNs=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 几=0.037 W/m C, 流速 ui = 0.497 m/s, 尸 994 kg/m 3,所以6 v594x0.49730X2X 2= 1362.7()994x0.49732ZiP = (1362.7 + 368,3)x1,5x2= 5193() < 10() 管程流动阻力在允许范围之内。壳程阻力E/Po=( ZP' 1+P1 2JNsNs= l, Ft= l流体流经管束的阻力F= 0,5= 5x3161_oja3 = 0.7962用* = 13 Ms = 3久斗=0 13?A=0.5x0.7962kL3x(3? + 1)-_匕= 1 202(P)流体流过折流板缺口的阻力£ =Q. 13(