【文章內(nèi)容簡介】 熱流體的物性數(shù)據(jù)，如密度，比熱容，導(dǎo)熱系數(shù)，黏度。計(jì)算出總傳熱系數(shù)，再計(jì)算出傳熱面積。 再來就校正傳熱溫差以及殼程數(shù)。確定傳熱管排列方式和分程 方法。根據(jù)設(shè)計(jì)步驟，計(jì)算出殼體內(nèi)徑，選擇折流板，確定板間距，折流板數(shù)等，再設(shè)計(jì)殼程和管程的內(nèi)徑。分別對換熱器的熱量，管程對流系數(shù)，傳熱系數(shù)，傳熱面積進(jìn)行核算，再算出面積裕度。最后，對傳熱流體的流動阻力進(jìn)行計(jì)算，如果在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)就能完成任務(wù)。 根據(jù)固定管板式的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。 U 形管式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。我們設(shè)計(jì)的換熱器的流體是冷水、煤油，不易結(jié)垢，再根據(jù) 造價低，經(jīng)濟(jì)的原則我們選用固定管板式換熱器。 根據(jù)以下原則 (1)、 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子 。 (2)、 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 (3)、 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。 (4)、 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。 (5)、 被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。 (6)、 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼 第 4 頁 程，且可采用 多管程以增大流速。 (7)、 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低 Re(Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。 我們選擇冷水走管程，煤油走殼程。 流體流速的選擇 增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(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，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結(jié)構(gòu)上的 要求。例如，選擇高的流速，使管子的數(shù)目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)。管子太長不易清洗，且一般管長都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。這些也是選擇流速時應(yīng)予考慮的問題。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)表換熱器常用流速的范圍， 取管內(nèi)流速 smui /? 。 管子的規(guī)格和排列方法 選擇管徑時，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國目前試用的列管式換熱 器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有 φ25及 φ19 2mm兩種規(guī)格的管子。 在這里，選擇 φ25 管子 。 管長的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于清洗，且易彎曲。一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長為 6m，則合理的換熱器管長應(yīng)為 、 3 或 6m。 在這次設(shè)計(jì)中，管長選擇 6m。 管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯列等 。 等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有 :管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁 ，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場合；但其對流傳熱系數(shù)較正三角排列時為低。正方形錯列排列則介于上述兩者之間，即對流傳熱系數(shù) (較直列排列的 )可以適當(dāng)?shù)靥岣摺?在這里選擇組合排列法，每程內(nèi)均選擇按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。 管子在管板上排列的間距 它 指相鄰兩根管子的中心距，隨管子與管板的連接方法不同而異。通常，脹管法取t=(～ )do，且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于 6mm，即 t≥(d+6) 。焊接法取 t=。 管程和殼程數(shù)的確定 當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù) 很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，因而對流傳 第 5 頁 熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可 采 用多管程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動力費(fèi)用；同時多程會使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮這些問題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有 4 和 6 程等四種。 折流擋板 安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度，使湍動程度加劇，以提高殼程對流傳熱系數(shù)。最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的 10～ 40％，一般取 20～ 25％，過高或過低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離 (板間距 )h 為外殼內(nèi)徑 D 的 (～ 1)倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的 h值為 :固定管板式的有 150、 300 和 600mm 三種 ， 板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。 這次設(shè)計(jì)選用圓缺形擋板 。 換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于 (對浮頭式換熱器而言 )管板的直徑。初步設(shè)計(jì)時，可先分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。 主要構(gòu)件 的選用： （ 1） 封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體 (一般小 于 400mm)，圓形用 于大直徑的殼體。 （ 2） 緩沖擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時對管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋 板。 （ 3） 導(dǎo)流筒 殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動的空間，為了提 高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時必然經(jīng)過這個空間。 （ 4） 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷 凝液等。 （ 5） 接管尺寸 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑 由計(jì)算得出。 計(jì)計(jì)算 確定設(shè)計(jì)方案 選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體（煤油）進(jìn)口溫度 140℃，出口溫度 40℃；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度 30℃，出口溫度 40℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，熱流體為煤油，為不易結(jié)垢和 第 6 頁 清潔的流體。冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮這因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。 流動空間及流速的測定 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。選用 25 的碳鋼管，管內(nèi)流速取i?= m/s。 確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程煤油的定性溫度為 ℃902 40140 ???T 管程流體的定性溫度為 ℃352 4030 ???t 兩流體溫差 ℃553590 ???? tT 兩流體在定性溫度下 的物性數(shù)據(jù)如下 流體 物性 溫度 ℃ 密度 ρ ㎏ /m179。 粘度 μ Pa s 比熱容 cp J/(kg℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) λ W/(m℃） 煤油 90 825 103 自來水 35 994 103 計(jì)算總傳熱系數(shù) (1) 計(jì)算熱負(fù)荷 Q 煤油流量 hkgWh / 10103 435 ?????? ? ? ? ?4 312 4 . 1 6 7 1 0 2 . 2 2 0 1 0 1 4 0 4 0 2 5 7 0 7 6 03600h p hQ W c T T W?? ? ? ? ? ? ? 忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量衡算求得，即 ? ? ? ?321 2570760 6 1 . 5 94 . 1 7 4 1 0 4 0 3 0 /c p kQ st gW ct? ? ?? ? ? ? (2) 計(jì)算平均溫差，并確定殼程數(shù)。 逆流溫差 ? ? ? ?21211 4 0 4 0 4 0 3 039。 3 9 . 0 91 4 0 4 0lnln4 0 3 0mttttt???? ? ?? ? ? ?????℃ 第 7 頁 103040 401 4 012 21 ??????? tt TTR 0 9 4 0 304012 12 ??????? tT ttP 由 R、 P查圖，得 ??t? ℃℃tt mtm 39。. ?????? ?? 又因 ???t? ，故可選用單