列管式换热器的设计计算

1、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冷却至40，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30，出口温度为40。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140，出口温度40冷流体(循环水)进口温度30，出口温度40。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

2、管程，油品走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/。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()管程流体的定性温度为()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下的有关物性数据如下：密度 o=825 kg/m3定压比热容 cpo=2.22 kj/(kg)导热系数 o=0.140 w/(m)粘度 o=0.000715 pas循环冷却水在35下的物性数据：密度 i=994 kg/m3定压比热容 cpi=4.08 kj/(kg)导热系数 i=0.626 w/(m)粘度 i=0.000725 pas3计算总传热系数（1）热流量qo=wo

3、cpoto=60002.22(140-40)=1.32106kj/h=366.7(kw)（2）平均传热温差()（3）冷却水用量(kg/h)（4）总传热系数k管程传热系数w/(m)壳程传热系数假设壳程的传热系数o=290 w/(m2)；污垢热阻rsi=0.000344 m2/w , rso=0.000172 m2/w管壁的导热系数=45 w/(m)=219.5 w/(m)4计算传热面积(m2)考虑 15的面积裕度，s=1.15s=1.1542.8=49.2(m2)。5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ui=0.5m/s。（2）管程数和传热管数依据传热管内径和

4、流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为(m)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=582=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第2章 换热器设计按单壳程，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，查同一图线，可得t=0.82平均传热温差tm=ttm=0.8239=32()（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=1.2525=31.2532

5、(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0.7，则壳体内径为(mm)圆整可取d450mm（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h0.25450112.5(mm)，故可取h110 mm。取折流板间距b0.3d，则b0.3450135(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 u1.0 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 u1.5 m/s，则接

6、管内径为6换热器核算（1）热量核算壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式当量直径，由正三角形排列得(m)壳程流通截面积(m)壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正 w/(m2)管程对流传热系数管程流通截面积(m2)管程流体流速普兰特准数w/(m2)传热系数k=310.2 w/(m)传热面积s(m2)该换热器的实际传热面积sp( m2)该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，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pi=(p1+p2)ftnsnpns=1, np=2, ft=1.5由re13628，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.037 w/m，流速ui0.497 m/s，994 kg/m3，所以管程流动阻力在允许范围之内。壳程阻力po=(p1+p2)ftnsnsl，ftl流