【正文】 %)51( ???????? (2) 冷卻水用量的計算 由 )()(%51 1221 ttCmTTCmQ cchh ???????? ??）（ 有， hkgttC TTCmm c hhc /)1035( )4055()( )( 12 21 ??? ??????? ????? ? ? 傳熱平均溫度差的計算 根據(jù)間壁兩側(cè)流體溫度沿傳熱面是否有變化，即是否有升高或降低，可將傳熱分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩類。 根據(jù)兩側(cè)流體變溫下的溫度差變化情況，可分為逆流、并流、錯流和折流。采用小管徑，可使單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高。 ② 管內(nèi)流速 流體在殼程或管程中的流速增大，不僅對流傳熱系數(shù)增大，也可減少雜質(zhì)沉積或結(jié)垢，但流體阻力也相應(yīng)增大。在換熱管長度和數(shù)量一定時，為了提高管內(nèi)流速和傳熱效率，常采用管束分程的辦法，使介質(zhì)在管束內(nèi)的流通面積減少，流程加長和流速提高。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，現(xiàn)取換熱管長 ml 6? ，則該換熱器管程數(shù)為 26 ??? lLNp（管程）。同心圓排布多用在小直徑換熱管中，優(yōu)點是管子與換熱器殼壁間的距離較均勻，但管排數(shù)超過 6 排時空間利用率不及后兩種，故工業(yè)換熱器中換熱管的主要排列方式為正三角形及正方形排 列。 12 圖 31 排列方式 正三角形排列對殼程空間的利用率優(yōu)于正方形排列，相同的殼體內(nèi)徑可排列更多的管子，但對殼程機械清洗的便利性不如后者，僅適用于殼程不需要清洗的固定管板式換熱器。 圖 32 管子在管板上的排列 布管限定圓：在設(shè)計時要將管束限制在限定圓內(nèi)。 取管心距 odt ? ，則： mmt ??? ， 根據(jù)《化工設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)》 P103[11]，如表 35，取 mmt 25? 。 （ 5）折流板 在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導(dǎo)流體 橫向流過管束，增加流體速度，以增強傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會沉積在圓環(huán)后面，使傳熱面積失效，此外，如有惰性氣體活溶解氣體放出，是不能有效地從圓環(huán)上部排出，所以一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。 根據(jù) GB 1511999《管殼式換熱器》 表 42 可知，換熱管最大無支撐跨距為 mm1500 ，取第一塊折流板距管子左端 mm300 ，最后一塊折流板距管子右端 mm300 ，則折流板數(shù) 371150 30026000 ?????BN塊，且折流板圓缺面水平裝配。 換熱器核算 傳熱能力核算 （ 1）管程對流 傳熱系數(shù) i? 具體算法見完整版 完整版加 微信 taojiayuan123 （ 2）殼程對流傳熱系數(shù) o? 流體通過管間的流通截面積為： （ 33） 其中： B —— 折流板間距，取為 mm150 ； D —— 殼體公稱直徑，取為 mm450 ； od —— 管子外徑，為 mm19 ； t —— 管子中心距，可取為 mm25 。 壁溫核算 由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使換熱管壁溫升高，降低了換熱管和殼體的壁溫之差。 ① 對于 1P? 的計算： 管程流通截面 222 )2( mdNNA ipi ??????? ?? 由此可知 smAVu iii / ??? 613 6 ?????? ?? ?iiei udR 19 設(shè)管壁粗糙度 ?? ， ??id? 由《化工原理》 eiR? 關(guān)系圖查得 ?? [10]，代入 1P? 計算式 PaudlP iic )( 221 ????????? ?? ② 對于 2P? 的計算： PauP i )( 222 ?????? ? ③ 對于 ??iP 的 計算： PaNNFPPP spti 1 5 9 1 5 73 4 7 2 521 ???????????? ）（）（ （ 2）殼程壓強降校核 sto NFPPP ）（ ???????? 21 (38) 其中： ??1P —— 流體橫過管束的壓力降， Pa ， 21 201 uNnFfP hBco ?）（ ????； ??2P —— 流體橫過折流擋板缺口的壓力降， Pa ， 202 uDBNP hB ?）（ ????； tF —— 結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，液體取 ； sN —— 殼程數(shù)，為 1。介質(zhì)為循環(huán)水和冷卻水，考慮 輕微腐蝕。 Q345R 是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu) 于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 （ 2） 確定筒體厚度 由 GB 1502020《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng) ? ??? tcP ? 時，可用 ? ? ct ic PDP ?? ??? 2 計算。 假設(shè)厚度為 mm16~6 ，由設(shè)計溫度為 C?65 ，查 GB 1502020《壓力容器》知 Q345R 的許用應(yīng)力 ? ? MPat 170?? 。最后，還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。 殼程的流通截面積： )()( mdnDhS oco ??????? smAVu ooo / 80 000 ????? 6 ?????? ?h hooo ud ? ? 可見 500Re?o 故 ??? ?of 2)1( 21 ohBco uNnFfP ????? 2 2??????? ）（ ? ② 對于 ??2P 的計算 2)( 22 ohB uDBNP ????? (310) 2 2?????? ）（ ? ③ 對于 ??oP 的計算 Sto NFPPP )( 21 ???????? 0 1 6 2 2 7 3 0 5 ???? ）（ ? 21 計算表明：管程壓強降為 Pa15913 ，小于設(shè)計壓力 ；殼程壓強降為 ，亦小于設(shè)計壓強降 ； 綜上所知，管程和殼程壓強降均能滿足題設(shè)要求。計算中應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫，有 oimimwtTt????11110??? （ 36） 其中： Cttm ?????? 35102 t 21 CTTTm ?????? 40552 21 ）（ CmWi ??? 2/9 3 4 7 1? ， ）（ CmWo ??? 2/8 1 8 7 1? 18 傳熱管平均壁溫： CtTtoimimw ?????????? 1111110???? 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即 CT ?? 殼體壁溫和換熱管壁溫之差為： CtTt w ??????? 由于換熱器殼程流體的溫差很小，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。 )1(1moiioiosisoo ddddddRRK???? ????? 17 7 6 5 1915190 0 0 1 0 0 1 8 1 211? ???????? ）（ CmW ??? 2/ 0 8 9 選用該換熱器時要求過程總傳熱系數(shù)為 ）（ CmW ??? 2/900 ，在換熱任務(wù)所規(guī)定的流動條件下計算 ）（ CmWK ??? 2/ 0 8 9 900 ??選KK 在 ~ 之 間，所以合理。 圖 33 折流板結(jié)構(gòu) （ 7）接管 ① 殼程流體進(jìn)、出口接管 按定性溫度計算，使進(jìn)出口接管內(nèi)徑相等，取接管內(nèi)循環(huán)水流速為： smu /? ，則接管內(nèi)徑： muVd ?? ???? ?? ）（ 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 mmmm 4133 ?? 。 14 取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 %25 ，則切去的圓缺高度 h 為 mmh 1 24 5 ??? ，故可取 mmh 110? 。在弓形折流板中，流體在板間錯流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。 表 36 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 nS 換熱管外徑 od 10 12 14 16 19 20 22 25 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 nS 28 30 32 35 38 40 42 44 換熱管外徑 od 30 32 35 38 45 50 55 57 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 nS 50 52 56 60 68 76 78 80 通過管束中心線的管數(shù)： ???? Nn c （根） （ 4）殼體內(nèi)徑的確定 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑按下式估算。 管板上兩換熱管中心距離成為管心距。 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。錯列時殼程流體對換熱管外壁的沖刷程度優(yōu)于直列。 實際傳熱平均溫度差為 Ctt mtm ????????? ? ? （ 4）換熱管排列和分程方法 在管殼式換熱器中，換熱管的空間排列方式常見的有同心圓、正三角 形及正方形三種。 依據(jù)換熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) sn ： 由iis udnV ??? 24?有， iis udVn 24?? 由 可知冷卻水流量 skghkgm c /?? ， 則 smmVcc / 3??? ? ， 11 1 0 1 2 2 ???? ?sn（根），取整數(shù) 90根。根據(jù)《化工原理》 P174 有，管殼式換熱器常用流速的范圍如表 33 和不同黏度液體在列管換熱器中的流速（在鋼管中）如表 34，由于冷卻水黏度小于 smPa?1 ，最大流速為 sm/ ，取管內(nèi)流速 smui /? [10]。一般大管徑管子用于粘性大或污濁的流體，小直徑管子用于較清潔的流體。 先求逆流時的傳熱平均溫度差： 9 211 tTt ??? , 122 tTt ??? ； ? ? ? ? Ctt ttt m ????? ?????? 10403555ln 01403555ln2121 計算傳熱面積 根據(jù)熱流體為循環(huán)水，冷流體為冷卻水，根據(jù)《化工原理課程設(shè)計》 [12]有表32 取傳熱系數(shù) )/(9 0 0 2 CmWK ???計 ， 表 32 管殼式換熱器中 K 值的大致范圍 熱流體 冷流體 傳熱系數(shù) K )]/([ 2 CmW ?? 水 水 1700~850 輕油 水 910~340 重油 水 280~60 氣體 水