浮头式换热器

浮头式换热器课程设计指导老师;周跃花老师队员：刘婷婷、苏子鹤、呼霞亮、高光辉、鲁良良

化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering任务分工计算：主算：呼霞亮辅算：苏子鹤、刘婷婷核算：鲁良良编辑：刘婷婷制图：装配图：苏子鹤首页图：刘婷婷PID图：高光辉PPT：全体组员23目录41设计任务设计及计算核算图纸及总论操作条件1设计任务参数气侧水侧温度/℃90~4020~35流率/Kg/s3/压力/Pa常压热阻/kW/（m·℃）0.30.58化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering表1操作条件一览表1设计任务换热器型式的确定化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering换热器固定管板U形管式浮头式优点结构简单造价低管子可自由膨胀便于清洗不产生温差应力缺点管外清洗困难存在温差应力管内不便清洗管板上布管少结构复杂表2换热器对比1设计任务换热器型式的确定化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering热流体入口冷流体出口冷流体入口热流体出口物性参数的确定物性参数加压气体水密度ρ/Kg/m310.31996.34定压比热容Cp/kJ/(kg/℃)1.0094.1828导热系数λ/kW/(m·℃)2.935×10-56.1908×10-4粘度μ/Pa·s2.035×10-50.7324×10-3化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering表3物性参数一览表设计及计算2化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering设计及计算2加压气体走管程，冷却水走壳程。增加传热过程推动力来说，两流体选择逆流方式管内流速取25m/s表4换热器中常用流速范围流体种类流速m/s管程壳程一般液体0.5~30.2~1.5易结构液体>1>0.5气体5~303~15

换热管的选择选用Φ25×2.5的碳钢管化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering表5常用换热管规格和尺寸偏差设计及计算2估算总传热系数热流量计算平均传热温差计算冷却水用量的计算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering设计及计算2(4)估算总传热系数K设计及计算2化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering管壁导热系数λ污垢热阻R壳程传热系数ɑ管程传热系数ɑRePr气侧污垢水侧污垢求系数K管程传热系数的计算参数公式结果雷诺数Re普朗特数Pr传热系数ɑ化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering设计及计算2表6管程参数计算

假设壳程的给热系数为:α=550W/(m2˙℃)

估算的总传热系数

设计及计算2考虑15%的面积裕度后化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering工艺结构尺寸表7管径和管内流速及管长管程数和传热管数（按单程计算）设计及计算2管子材料管内物料公称直径管子厚度管子内径管子长度管内流速碳钢加压气体25mm2.5mm20mm6000mm25m/s化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering管程数和传热管数（按单壳程多管程计算）平均传热温差校正设计及计算2化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering根据R、P查下图得

ψΔt=0.93

设计及计算2化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering

平均传热温差：传热管排列和分程方法设计及计算2正方形排列正三角形排列化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering壳体内径及壁厚实际内径圆整D=600mm

设计及计算2化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering折流板切去的圆缺高度折流板间距折流板块数设计及计算2化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering壳体进出口接管内径取标准管管程流体进出口接管内径取标准管接管化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering设计及计算23核算

换热器热量衡算参数公式结果当量直径d流通截面积A流体流速u雷诺数Re普朗特数Pr表8壳程各参数的计算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering黏度校正：（液体被加热时）化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering换热器热量核算3核算壳程对流传热系数，对圆缺形折流板可采用克恩公式:换热器热量核算3核算参数公式结果流通截面积A流体流速u雷诺数Re普朗特数Pr表9管程各参数的计算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering管程对流传热系数总传热系数K传热面积3核算换热器热量核算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering换热器热量核算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering3核算理论值实际值面积裕度壳程流动阻力对于液体来说，壳程结垢校热系数为1.15则壳程流动阻力在允许范围之内。3核算换热器压降核算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering管程流动阻力对于Ψ25×2.5的管子结构校正系数为1.4则管程流动阻力在允许范围之内换热器压降核算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering3核算化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering4图纸及总论附图4图纸及总论设计总结表10：设计结果一览表化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering设计总结化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering4图纸及总论通过多次的计算，确定了所有参数。根据计算结果，我们选择了一种单壳程、六管程，列管采用正三角形，隔板两侧正方形组合排列的换热器。选用了φ25×2.5的碳钢管的管程接管，最后计算出来的面积裕度为60.89%设计总结化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChemicalEngineering4图纸及总论存在问题：换热器长径比过大面积裕度过大原因：气体流速选择过大换热管选取太长4图纸及总论整改措施：适当减小气体流速适当缩短换热长度并联两个换热器化学与化学工程学院SchoolofChemistryandChem