【正文】 0 ?? mcc tKQA ??需 由傳熱任務(wù)確定換熱器型式、流程并計(jì)算 Q、mt? 確定傳熱面積 20 mtKQS ?? 面積裕度需需實(shí)ccp A AAH ?? 15~20% 選用結(jié)果 計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降 否 是 N Y K 不符 K 符 10 R= 3442 609512 21 ?????? tt TT 按單殼程結(jié)構(gòu)，查溫度校正系數(shù)表得溫度校正系數(shù)： ??t? 故平均傳熱溫差： Ctt mtm ?3 6 .7 63 7 .90 .9 7 ??????? ?? 估算傳熱面積 根據(jù)兩流體的情況，假設(shè) K=310W/(㎡ k)。 故估算的傳熱面積為： 20 mtK QS m ????? 二、交換器結(jié)構(gòu)尺寸選擇 1．確定殼程 數(shù) 由以上的計(jì)算表明，由于平均傳熱溫差校正系數(shù) ???t? 并且殼程流體流量比較大，故取單殼程合適。 2．管徑和管程流速 我國(guó)目前試用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)僅有 mmmm ?? 及 mmmm 219 ?? 兩種規(guī)格的管子，故可選用前者 mmmm ?? 規(guī)格的管子，其傳熱管子可以選擇不銹鋼材料。 流體在管程或殼程中的流速，不僅直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而且影響污垢熱阻，從而影響傳熱系數(shù)的大小 ，特別對(duì)于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過(guò)低甚至可能導(dǎo)致管路堵塞，嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用，但流速增大，又將使流體阻力增大。因此選擇適宜的流速是十分重要的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ，在選擇換熱器管程流速時(shí)，一般的液體是 ~3 m/s,對(duì)于容易結(jié)垢的液體則 m/s，故可取管程流速 smui /? 。 3．管程數(shù)和傳熱管數(shù)的確定 由iiccudVn24??可根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)： 2620244222???????iiciicc udwudVn??? 取為 23 根 假設(shè)按照單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為： mndSL co 210 ????? ? 計(jì)算得的傳熱管 mL ? 長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，不便于清洗，且長(zhǎng)管容易彎曲，故應(yīng)采用多管程結(jié)構(gòu)。一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)為 6m,合理的換熱器長(zhǎng)應(yīng)為 、 2m、 3m和 6m。系列標(biāo)準(zhǔn)中也采用這四種管長(zhǎng)。故根據(jù)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可取傳熱管長(zhǎng) ml 6? 。 故管程數(shù) )(26 管程??? lLNp。 11 傳熱管總根數(shù) )(46223 根????? pcT NnN 由于設(shè)計(jì)所需傳熱管總根數(shù)比較少， )(46 根?TN ，故可以選用正方形的排列方式排列。雖然正方形的排列在同樣的管板面積上可配置的傳熱管最少，但是其優(yōu)點(diǎn)突出的是，該排列方式便于清洗列管的外壁，也適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合。所以選用正方形的排列，如右圖 15 所示： 取管心距 t=，則 t= 25=32 ㎜ 隔板中心 到離其最近一排管中心距離 可以按下式計(jì)算： S=t/2+6=32/2+6=22 ㎜ 故各程相鄰管的管心距為 44 ㎜。 5．外殼殼體內(nèi)徑的確定 初步設(shè)計(jì)可按照下式計(jì)算殼體的內(nèi)徑，即： ?/ TN? 其中 ? 為管板利用率，對(duì)于傳熱管以正方形排列， 2 管程其范圍為 ? =~ 故可取利用率 ? =，則殼體內(nèi)徑為： )(3 0 50/46321 . 0 5D mm???? 卷制殼體的公稱直徑一般是以 400mm 為基數(shù)，以 100mm 為進(jìn)檔，故可取 )(400D mm? 6．折流板的選取 為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。 一般是采用弓形折流板，如右圖 16 所示，由于弓形折流板切去圓缺高度一般是殼體內(nèi)徑的 10%~40%，常用值為 20%~25%。故可取為 20%，則切去的圓缺高度為： h= 400=80mm 取折流板間距 B=， 則 B= 400=120 mm 折流板數(shù)目 NB= 塊94112060001 ????Bl 7．接管的選取 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液化液流速為 u1=，則接管內(nèi)徑為 07 56 (m ). 1076)3600/(1388844VD 1 ?? ???? ?? 圓整后可取管內(nèi)徑為 76mm。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速 u2=，則接管內(nèi)徑為 )( )(2620242 mD ?? ??? 圓整后去管內(nèi)徑為 68mm。 圖 16 折流板的選取與排列 圖 15 正方形的排列方式 12 三、換熱器核算 1．核算壓強(qiáng)降 （ 1）、管程壓強(qiáng)降核算 管程流體阻力： pcti NNFppp )( 21 ????? 串聯(lián)的殼程數(shù)： 1?cN ， 管程數(shù)： 2?pN 對(duì)于 mmmm ?? 的管子， tF = 管程流通面積： 222 mNdA pcii n ?????? ? 故 smAVu ici / ) 00/(26 202 ???? )(400027 3 流動(dòng)類型為湍流－ ??? ???? ? ?iii ud 設(shè)管壁粗糙度 , mm?? 故相對(duì)粗糙度 , mmd i ???由 d?? ??Re 關(guān)系圖中查得： ?? ，而流速 u=, 3/ mkg?? 代入相應(yīng)公式得： PaudLp 49072 221 ??????? ?? Paup 15342 222 ?????? ?? Pap i 1 8 0 3 )1 5 3 44 9 0 7( ???????? 30KPa （ 2）、殼程壓強(qiáng)降核算 殼程阻力： CC NFppp )( 210 ???????? 其中 , , 對(duì)于液體流體， Fc= 串聯(lián)的殼程數(shù)： 1?CN 流體流經(jīng)管束的阻力： 2)1( 21 oBCo uNnFfp ????? 管子為正方形排列： 取 F= 而 ???? TC Nn 塊4911206001 ????? BLN B 殼程流通面積為 : 20 )()( mdnDBA co ??????? 13 故 smAVu / )10 7636 00/(13 888000 ???? 3000 ??? ???? －? ?ud 8 1 8 2 2 ???? ??oof Pap 11712 )149( 21 ??????????? 流體流經(jīng)管束的阻力： PauDBNp oB 16972 ) (492)( 222 ??????????? ? 故總阻力： ???0p (1171+1697) ＝ 3298Pa30KPa 經(jīng)計(jì)算表明，管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿足于設(shè)計(jì)要求，兩個(gè)都不大于 30KPa。 核算總傳熱系數(shù) ①管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 雷諾數(shù)： )(27176Re 湍流?i 普朗特?cái)?shù)： 33 ?????? ?? ?pc )/(4802)()27176( KmWd iii ??????? ?? ②殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 0? 采用克恩法計(jì)算： 010 )( wed ???? ? 殼程流通截面積，依式 ) ()1( mtdBDA o ??????? 殼程流體流速： smAVu Co / )10763600/(13888 ???? 管子正方型排列時(shí)，當(dāng)量直徑按照下式計(jì)算： ed = mddtoo )(4]4[4 2222 ????????? 14 30 ?? ???? ?? ?ud eo 普朗特?cái)?shù)： 33 ?????? ???pc 粘度校正： 1)( ?w?? )/()()6977( KmWo ???????? 污垢熱阻 參考課本附錄，根據(jù)流體的一些物理性質(zhì)，可?。? 管外側(cè)污垢熱阻 WKmR so /0 0 0 2 ?? 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 WKmR si /0 0 0 2 ?? 總傳熱系數(shù) 0K 因設(shè)計(jì)已知條件給定管壁的熱阻可以忽略，故傳熱系數(shù) 0K 為： KmWddddRRKiioiosisoo???????????? 20 /37320480225201 11 1?? 傳熱面積裕度的計(jì)算 由第 4 步算得了總傳熱系數(shù) 0K ，故傳熱面積 Ac 為： 243040 mtK QAmcc ????? 該換熱器的實(shí)際傳熱面積 Ap 為： mlNdA Top ?????? ? 所以該換熱器的面積裕度為： % ????? c cp A AAH 為保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于 15%~20%。而該設(shè)計(jì)算得傳熱面積裕度的結(jié)果為 %滿足此要求，所以設(shè)計(jì)的換熱器較為合適，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 15 壁溫計(jì)算 由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確保可靠，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為 15℃，出口溫度為 39℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中 ，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是，按式 ncnmcwwtTt????11 ??? 式中液體的平均溫度 mt 和氣體的平均溫度分別計(jì)算為 ?mt (34+42)/2=38℃ ?mT (95+60)/2=℃ ?? ic ?? 4802w/㎡ k ?? oh ?? ㎡ k 傳熱管平均壁溫 6 914 8 0 21 6 9/384 8 0 2/ ????wt℃ 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即 T=℃。 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ????t ℃。 該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于 換熱器殼程壓力較大，因此，需選用固定管板式換熱器較為適宜。 第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 為了其方面，現(xiàn)將 設(shè)計(jì)結(jié)果匯入總表中。 其換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 16 見(jiàn)表 12。 參數(shù) 管程 (冷卻水 ) 殼程（液化液） 流率 /（ kg/h） 26202 13888 進(jìn) /出口溫度 /℃ 34/42 95/60 壓力 /MPa 物性 定性溫度 /℃ 38 密度 /（ kg/m3） 1076 定壓比熱容 /[kj/（ kg?k） ] 粘度 /（ Pa?s） 310? 310? 熱導(dǎo)率（ W/m?k） 普朗特?cái)?shù) 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù) 形式 浮頭式 殼程數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 /㎜ 400 臺(tái)數(shù) 1 管徑 /㎜ Φ 25 管心距 /㎜ 32 管長(zhǎng) /m 6 管子排列 □正方形 管數(shù)目 /根 46 折流板數(shù) /塊 49 傳熱面積 /㎡ 折流板間距 /㎜ 120 管程數(shù) 2 材質(zhì) 不銹 鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速 /（ m/s） 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) /[W/（㎡? k） ] 4802 污垢熱阻 /（㎡? k/W） 阻力 /Pa 18034 3298 熱流量 /W 243040 傳熱溫差 /K 傳熱系數(shù) /[W/（㎡? K） ] 373 裕度 /% 附表 12 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 第五章 設(shè)計(jì)說(shuō)明及討論 一、根據(jù)以上的設(shè)計(jì)可以總結(jié)出列管換熱器的選用與設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 設(shè)計(jì)說(shuō)明 ： 17 (1)根據(jù) 傳熱任務(wù)，從熱量衡算方程計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷 Q；按逆流計(jì)算平均溫差；按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)總傳熱系數(shù) K；由傳熱速率方程初估傳熱面積 0S 。 (2)根據(jù)兩流體間的溫度差值選擇列管式換熱器的型式，確定何種流體走管程與殼程；根據(jù)流通面積及 0S 從換熱器系列表中初選換熱器型號(hào)。 (3)