【正文】 是換熱設(shè)備的一類(lèi)，用以冷卻流體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得一些新型研 究更為方便與快捷，使換熱器更為安全可靠，隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型高效的空冷器所取代。這種換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)殼體與 U形換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。 因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于 MPa4 以下的工作環(huán)境，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度也受填料的物性限制。產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以 小些?！妫? W/（ m ③ 壓力高的流體宜走管程，以避免制造較厚的殼體。 ⑦ 需要冷卻的流體宜選殼程，便于散熱，以減少冷卻劑用量。 確定物性參數(shù) 由前面計(jì)算可知，正戊烷的定性溫度 為 ℃ ，地下水水的定性溫度為℃ . 根據(jù)定性溫度，分別查取正戊烷和水的有關(guān)物性參數(shù)，列表 31 如下： 表 31 物性參數(shù)表 物性 殼程 (正戊烷 ) 管程 (地下水 ) 符號(hào) 數(shù)據(jù) 符號(hào) 數(shù)據(jù) 密度 3/mkg h? 596 c? 比熱容 )/ Ckgkj ??（ hC? cC? 粘度 Pa 在變溫傳熱中，沿傳熱面溫度差是變化的，所以在傳熱計(jì)算中需要求出傳熱過(guò)程的平均溫度差 mt? 。 先求逆流時(shí)的傳熱平均溫度差： 211 tTt ??? , 122 tTt ??? ； ??mt （ ） /ln()=℃ 計(jì)算傳熱面積 根據(jù)熱流體為低沸點(diǎn) 烴類(lèi)蒸汽冷凝，冷流體為水，根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》有表 32取傳熱系數(shù) 計(jì)K =900 )]/([ 2 CmW ?? ， 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 280~17 水蒸汽冷凝 水 4250~1420 水蒸汽冷凝 氣體 300~30 低沸點(diǎn)烴類(lèi)蒸汽冷凝（常壓） 水 1140~455 高沸點(diǎn)烴類(lèi)蒸汽冷凝（常壓） 水 170~60 9 水蒸汽冷凝 水沸騰 4250~2020 水蒸汽冷凝 輕油沸騰 1020~455 水蒸汽冷凝 重油沸騰 425~140 則有估算的傳熱面積： mtKQA ??計(jì)` =（ 900） = ㎡ 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （ 1） 管徑和管內(nèi)流速 ① 管徑 選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的流速范圍。故應(yīng)選擇適宜的流速，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。我國(guó)規(guī)定有 12七種分程數(shù)，最常用的是 2程和 4 程。換熱管的排列應(yīng)使其在整個(gè)換熱器圓截面上均勻分布，同時(shí)還要考慮流體的性質(zhì)，管箱結(jié) 構(gòu)及加工制造等方面的問(wèn)題。因此，換熱管的空間排列方式一般采用正方形錯(cuò)列或正三角形錯(cuò)列。 如圖 32所示。管心距取決于管板的強(qiáng)度、清洗管子外表面時(shí)所需的空隙、管子在管板上的固定方法等。 4 管程往上，在 之間，取 D=32 = 因?yàn)闅んw內(nèi)徑從 400mm 開(kāi)始取 所以 取整 D 取 400mm 13 管子規(guī)格： Φ 25 筒體公稱(chēng)直徑 DN： 400mm 管程數(shù) N： 4 管子根數(shù) n： 32 中心排管數(shù)： 7 管程流通面積： ㎡ 換熱管長(zhǎng)度 L： 9m 計(jì)算換熱面積 A： （ 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(guò)管束，增加流體速度，以增強(qiáng)傳熱；同時(shí)起支撐管束、 防止管束振動(dòng)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(huì)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)。 14 圖 33 折流板結(jié)構(gòu) （ 7）接管 流速 u 的經(jīng)驗(yàn)值可?。? 對(duì)液體： u= 對(duì)蒸氣： u=1050m/s 對(duì)氣體： u=（ ） m/s ① 殼程進(jìn)口接管 取殼層進(jìn)口接管內(nèi)正戊烷蒸汽流速為 u1=10m/s,正戊烷氣體密度為3ρ / m? uqd m??14?= 0 74 ???? ?= 取熱軋無(wú)縫鋼管 mm12219?? ② 殼程出口接管 取殼層出口接管內(nèi)正戊烷液體流速為 u=,正戊烷液體密度為3ρ 596kg / m? uqd m??14?= 963 60 0 78 74 ??? ?= 取熱軋無(wú)縫鋼管 mm476?? ③ 管程接管 取管程內(nèi)水的流速為 u=，水密度為 ? = 15 224 uqd m???? = 436 00 80 004 ??? ? = 取熱軋無(wú)縫鋼管 ?? 換熱器核算 傳熱能力核算 （ 1）管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 由管程流通截面積 nNdA Tii 24??有， （ 31） nNdA Tii 24??=32/4= 由管程流體流速ii AVu? 有，ii AVu? = 由雷諾數(shù)cciiei udR ??? 有， cciiei udR ??? = ?? =10000 ，為湍流 由普朗特?cái)?shù)cCP cpcri ???有 cCP cpcri ???= 查化工原理可知可應(yīng)用貝爾特關(guān)聯(lián)式計(jì)算 i? ，則 ? ? ? ? rieiici PRd?? ? （ 32） ==（ m2 )1(1moiioiosisoo ddddddRRK???? ????? =0 2 2 0 2 0 2 3 5 4 2520250 0 0 1 0 0 1 9 2 711? ??????? = ）（ CmW ??2/ a 選用該換熱器時(shí)要求過(guò)程總傳熱系數(shù) 計(jì)K =900 ）（ CmW ??2/ ，在換熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下計(jì)算 K= ）（ CmW ??2/ KK計(jì)=900/= 在 ~ 之間，所以合理。計(jì)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(jì)算傳熱管壁溫，有 oimimwtTt????11110??? （ 36） 其中： tm=（ 25+） /2 = ℃ Tm=℃ ia =（ m2 ① 對(duì)于 1P? 的計(jì)算： 管程流通截面積 nNdA Tii 24??=32/4= 由管程流體流速ii AVu? 有，ii AVu? = 由雷諾數(shù)cciiei udR ??? 有， cciiei udR ??? = ?? =10000 ，為湍流 設(shè)管壁粗糙度 ?? ， ??id? 由《化工原理》 eiR? 關(guān)系圖查得 ?? ，代入 1P? 計(jì)算式 221 iic udlP ?? ????= 2 2? = ② 對(duì)于 2P? 的計(jì)算： 23 22 iup ???=3 ③ 對(duì)于 ??iP 的計(jì)算： spti NNFPPP )( 21? ????? =(+)4= （ 2）殼程壓強(qiáng)降校核 sto NFPPP ）（ ???????? 21 (38) 其中： ??1P —— 流體橫過(guò)管束的壓力降， Pa ， 21 201 uNnFfP hBco ?）（ ????； ??2P —— 流體橫過(guò)折流擋板缺口的壓力降， Pa ， 20 202 uDBNP hB ?）（ ????； tF —— 結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，液體取 ； sN —— 殼程數(shù)，為 1。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 表 37 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器形式：立式固定管板式 換熱面積 / 2m ： 名稱(chēng) 物料名稱(chēng) 操作溫度 /C? 流量 ）（ hkg// 管程 地下水 25/ 80000 殼程 正戊烷 流體密 度 ）（ 3// mkg 596 流速 ）（ sm// 傳熱量 hKJ/ 總傳熱系數(shù) ）（ KmW ?2// 傳熱系數(shù) ）（ KmW ?2// 污垢系數(shù) ）（ WKm // 2? 阻力降 Pa/ 程數(shù) 4 1 管子規(guī)格 ?? 材質(zhì) 碳鋼 管數(shù) 32 管長(zhǎng) 9000mm 管間距 mm/ 32 排列方式 正三角形 22 折流板形式 上下 間距 mm/ 120 切口高度 25% 折流板數(shù) 71 殼體內(nèi)徑 mm/ 400 管程進(jìn)出口接管 ?? 殼程進(jìn)口接管 殼程出口接管 mm12219?? mm476?? 4 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) 計(jì)算筒體厚度 由工藝條件給定的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為 C?65 ,設(shè)計(jì)壓力 。 由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇 Q345R 為殼體的材料。 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，局部無(wú)損探傷， 故焊接系數(shù) ?? ； 根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》和 GB 3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對(duì) Q345R 鋼板其厚度負(fù)偏差 mmC ? ，取腐蝕裕量mmC 22? 。 （ 3） 校核水壓試驗(yàn)壓力 查 GB 1502020《壓力容器》， ? ? M P aRM P a eL 3 4 51 7 0 ?? ，? 采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)力 ? ?? ? M P aPPtT 21 7 01 7 ????? ?? 現(xiàn)校核試驗(yàn)壓力，筒體 mmCCne 420621 ??????? ?? 試驗(yàn)壓力 eie2 )( ??? DPTT ?? = 42 44002 ? ?? ）（ =101MPa TeL M P aR ?? ????? ，所以水壓試驗(yàn)壓力校核合格。在多管程換熱器中，