列管式換熱器課程設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-05-18 05:01 本頁面
【正文】 管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低； 考慮到換熱器管壁與殼壁溫差不超過 50 ℃ ， 而且應(yīng)用廣泛，操作簡單、方便。用水冷卻苯不易結(jié)垢， 所以選擇帶有補(bǔ) 強(qiáng) 圈的固定管板式換熱器 。 U型管式 換熱器 （如圖 1﹣ 2） [1]只有一個(gè)管板，管程至少為兩程。由于管束可以取出，管外側(cè)清洗方便，另外，管子可以自由膨脹。缺點(diǎn)是 U 型管的更換及管內(nèi)清洗困難。 浮頭式換熱器 （如圖 1﹣ 3） [1]是 用法蘭把管束一側(cè)的管板固定到殼體的一端，另一側(cè)的管板不與外殼連接，以便管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)前兩側(cè)傳熱介質(zhì)溫差較大時(shí)，不會(huì)因膨脹產(chǎn)生溫差壓力，且管束可以自由拉出，便于清洗。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。 3 填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖 14 所示 [1]。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料 函密封。 管束可以自由伸縮 ，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管 束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函 耐壓 不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。 冷、熱流體流動(dòng)通道的選擇 在換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，下列幾點(diǎn)可作為選擇的一般原則： a) 不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便。 b) 腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時(shí)受到腐蝕，且管程便于檢修與更換。 c) 壓力高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力，可節(jié)省殼體金屬消耗量。 d) 飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流速無關(guān)，而且冷凝液容易排出。 e) 流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程 Re100 即可達(dá)到湍流。但這不是絕對(duì)的，如流動(dòng)阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 f) 若兩流體溫差較大，對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流 4 體通入殼程，以減小熱應(yīng)力。 g) 需要被冷卻物料一般選殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。 h)有毒或易污染的流體宜走管程，以減少泄露。 以上各點(diǎn)常常不可能同時(shí)滿足，應(yīng)抓住主要方面，例如首先從流體的壓力、防腐蝕及清洗等要求來考慮，然后再從對(duì)阻力降低 方面考慮。 流速的選擇 提高流體在換熱器中的流速，將增大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，所需傳熱面積減少，設(shè)備費(fèi)用降低。同時(shí)流速增加，流體阻力相應(yīng)增加，操作費(fèi)用增加。但是 對(duì)于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過低甚至可能導(dǎo)致管路堵塞，嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用 。因此選擇適宜的流速是十分必要的。適宜的流速應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算來確定 。 一般盡可能使管程內(nèi)流體的 R e 〉 10000（同時(shí)也要注意其他方面的合理性），高粘度的流體按層流計(jì)算。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，表 1 及表 2 列出了工業(yè) 上 常用的流速范圍。 表 1 列管換熱器內(nèi)常用的流速范圍 [1] 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 管程流速 /(m/s) 殼程流速 /(m/s) ~3 ~ 1 5~30 3~15 表 2 液體在列管換熱器中流速（在鋼管中 ） [1] 液體粘度 /mPa ?s 1500 1500~500 500~100 100~35 35~1 1 最大流速 /(m/s) 流動(dòng)方式的選擇 流向有逆流、并流、錯(cuò)流和折流四種類型。在流體進(jìn)出口溫度相同的情況下，逆流的平均溫度差大于其他流向的平均溫度差，因此，若無其他工藝要求，一般 5 采用逆流操作。但在列管式換熱器設(shè)計(jì)中，為了增加傳熱系數(shù)或使換熱器結(jié)構(gòu)合理，冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動(dòng)。當(dāng)流量一定時(shí)，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對(duì)傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力 損失，即輸送流體的動(dòng)力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時(shí)，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。 當(dāng)采用多管程或多殼程時(shí)，列管式換熱器內(nèi)的流動(dòng)形式復(fù)雜，對(duì)數(shù)平均值的溫差要加以修正，此時(shí)需要根據(jù)逆流的平均推動(dòng)力和修正關(guān)系 t? 來計(jì)算實(shí)際推動(dòng)力， t? 的數(shù)值應(yīng)大于 ，否則應(yīng)改動(dòng)流動(dòng)方式 [2]。 本次設(shè)計(jì)選擇逆流。 換熱管的選擇 換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管 徑可取小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞。 此外，小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子。因此選擇小直徑管子單位體積所提供的傳熱面積更大，設(shè)備更緊湊，但管徑小，流動(dòng)阻力大，機(jī)械清洗困難，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況選用適宜的管徑。 考慮到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用 φ25 和 φ192 兩種規(guī)格，對(duì)一般流體是適應(yīng)的。此外，還有 ，φ57 φ252, 的耐酸不銹鋼管 [3]。 按選定的管 徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。實(shí)際所取管長應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為 6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有 ， 2， 3， ， 6 和 9m 六種，其中以 3m 和 6m 更為普遍。同時(shí)，管子的長度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長與管徑之比，即 L/D約為 4～ 6。 管子的排列方式 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和 同 心圓排列，如圖 21 所示。 6 (a) 正方形直列 （ b） 正方形錯(cuò)列 (c) 三角形直列 （ d） 三角形錯(cuò)列 （ e） 同心圓排
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