列管式換熱器課程設(shè)計(jì)(1)(編輯修改稿)
2025-02-12 11:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 并根據(jù)傳熱學(xué)的知識(shí)進(jìn)行傳熱計(jì)算。流動(dòng)設(shè)計(jì)主要計(jì)算壓降，其目的就是為換熱器的輔助設(shè)備，例如泵的選擇做準(zhǔn)備。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是根據(jù)傳熱面積的大小計(jì)算其主要零部件的尺寸，例如管子的長度、直徑、根數(shù)、殼體的直徑、折流板的長度和數(shù)目，等等。在某些情況下還需對(duì)換熱器的主要零部件，特別是受壓部件做應(yīng)力計(jì)算，并校核其強(qiáng)度。這是保證安全生產(chǎn)的前提。列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)主要過程包括以下內(nèi)容：①根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案。②初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸。③核算換熱器的傳熱面積和流體阻力。④經(jīng)濟(jì)衡算確定所選換熱器的冷流體最優(yōu)出口溫度。（一） 設(shè)計(jì)方案的確定確定換熱器型式；管程、殼程流動(dòng)空間的選擇；流體流速的選擇；流體出口溫度的選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇（二） 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 管程結(jié)構(gòu)：①管子在管板上的固定；②確定管子規(guī)格和排列方式；③管程分布； 殼程結(jié)構(gòu)：①殼體內(nèi)徑（一般為）；接管（尺寸按外徑算）；兩端封頭； ②折流擋板（間距一般50的整數(shù)倍）； ③其他附件:主要考慮拉桿和定距管；（三） 列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 確定型式，管程、殼程流體； 假定冷流體出口溫度，計(jì)算定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)； 計(jì)算熱負(fù)荷Q，并確定第二種換熱流體的用量； 初算有效平均溫差，一般先按逆流計(jì)算，然后在校核； 由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，并計(jì)算初估傳熱面積； 由初估傳熱面積確定傳熱管數(shù)和管程數(shù)：、根據(jù)確定的傳熱管排列和分程方式，確定殼徑D和殼程擋板形式和數(shù)量等； 校核：由管程和殼程流體性質(zhì)確定、計(jì)算出，求出需要面積和實(shí)際傳熱面積，、由此計(jì)算得到面積裕度,面積裕量應(yīng)在10%~25%之間，以保證一定的安全系數(shù)，否則需重新設(shè)計(jì)。 計(jì)算流體流動(dòng)阻力。如阻力超過允許范圍，需調(diào)整設(shè)計(jì)，直至滿意為止。（四） 經(jīng)濟(jì)衡算 設(shè)計(jì)列管式換熱器時(shí)，為使設(shè)計(jì)換熱器在經(jīng)濟(jì)上是最優(yōu)的，應(yīng)使由設(shè)計(jì)所引起的換熱器的年總費(fèi)用，即年設(shè)備投資折舊費(fèi)用（包括維修費(fèi)用）和年操作費(fèi)用之和最小，總費(fèi)用可簡(jiǎn)化為冷流體出口溫度t2的一元函數(shù)，通過程序設(shè)計(jì)編輯可求出最低費(fèi)用對(duì)應(yīng)的最佳出口溫度。將最優(yōu)溫度與假設(shè)出口溫度對(duì)比，兩者接近時(shí)則假設(shè)合理，所設(shè)計(jì)的換熱器是合適的，否則已重新假設(shè)出口溫度，重新設(shè)計(jì)。確定型式，管程、殼程流體過程流程圖如下： 假定冷流體出口溫度t2，計(jì)算定性溫度由初估傳熱面積確定傳熱管數(shù)和管程數(shù)，確定殼徑D和擋板形式和數(shù)量由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定K估，并計(jì)算初估傳熱面積A估初算有效平均溫差計(jì)算熱負(fù)荷Q，第二種換熱流體用量校核：確定αi,αo,Ri,Ro,計(jì)算得到K計(jì)，求出實(shí)際面積A需，和面積裕量H，并計(jì)算流體流動(dòng)阻力10%H25%且流動(dòng)阻力滿足要求 N Yt2 = t2,opt經(jīng)濟(jì)衡算得出冷流體最佳出口溫度t2,opt Y N 設(shè)計(jì)換熱器符合要求，輸出 Y第三章 正文一、初選換熱器規(guī)格（1）確定流體流動(dòng)空間 冷卻水走管程，正戊烷走殼程，有利于正戊烷的散熱和冷凝，而且壓降也少，使易結(jié)垢的井水在管內(nèi)流動(dòng)，可以保持較高流速，對(duì)傳熱和防止結(jié)垢也都很有利。（2）假設(shè)井水出口溫度，確定流體的定性溫度、物性常數(shù)。冷卻介質(zhì)為井水，入口溫度為32℃，假設(shè)出口溫度為40℃。水的定性溫度為tm=41℃℃，因?yàn)楹銣乩淠妗?℃，由于兩流體的溫差小于50℃，故選用固定管板式換熱器。 物性 流體溫度mCpr 水41正戊烷596（3）換熱器熱負(fù)荷的計(jì)算:（4）確定冷卻水用量（5）假設(shè)總傳熱系數(shù)根據(jù)管程走井水，殼程走正戊烷，總傳熱系數(shù)范圍為470~815。估算時(shí)取K估為500。（6）對(duì)流平均溫差的計(jì)算 , 對(duì)于冷凝體系，℃(7) 計(jì)算傳熱面積 考慮15%的面積裕量，S==（8）初選換熱器規(guī)格確定管程數(shù)、管長選用Φ25mm（碳鋼），設(shè)流速為u=。依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單管程傳熱管數(shù)由得=≈14根即單管程時(shí)需要14根傳熱管。按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長度為==按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，現(xiàn)取傳熱管長l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為==≈8（管程）。傳熱管總根數(shù)N=148=112（根）傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，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。取管心距t=，則t=25=≈32（mm）橫過管束中心線的管數(shù)換熱器殼體采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為圓整可取D=450（mm）二、換熱器核算（1）傳熱面積校核①管程傳熱系數(shù)的計(jì)算首先假設(shè)管內(nèi)流體做強(qiáng)制湍流：此時(shí)傳熱系數(shù)計(jì)算公式為: 符合運(yùn)算要求。②殼程傳熱系數(shù)校核1）殼程特性溫度的確定：設(shè)管壁溫度為℃ ℃ ℃這與其飽和溫度很接近，℃℃下的數(shù)據(jù)。蒸汽在垂直管外冷凝時(shí)的傳熱系數(shù)計(jì)算公式如下：當(dāng)時(shí)
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