管殼式換熱器的設計及計算(編輯修改稿)
2024-09-12 18:44 本頁面
【文章內容簡介】 FS或HTRI進行設計計算，有時需要使用ASPEN PLUS 模擬工藝物料的物性數據。先進行設計性計算，輸入基礎數據， 如換熱器形式、流體走向、臥立式、流體溫度、壓力、流量及物性數據等，進行運算得出比較合適的換熱器直徑和換熱管長，再進行校核型和模擬型計算，核算所選換熱器是否滿足設計要求。 換熱器的直徑關于換熱器的直徑，目前國內已有的標準系列(mm):150，200，250，300，(350)，400，(450)，500，(550)，600，(650)，700，800，900，1000，(1100)，1200，(1300)，1400，(1500)，1600，(1700)，1800，(1900)，2000，2200，(2300)，2400，2600，2800，3000，3200，3400，3600，3800，4000。凡是()記號的換熱器直徑，盡可能不選。若換熱器直徑小于400，可以選用無縫鋼管制造換熱器，因此可選用的無縫鋼管外徑規(guī)格有:159，219，273，325，(377)。 換熱管長在換熱器設計中基本采用下列管長(mm):1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000，最常用的管長為1500，2000，3000，6000四種。一般鋼管長6m或12m，選取的換熱管長度符合其模數就沒有余量，比較節(jié)約材料。同時選用換熱管長度時要注意與換熱器直徑相匹配，換熱器的換熱管長度與公稱直徑比在4～25之間，常用的為6～10，立式換熱器多為4～6。 換熱管標準管徑和管間距在設計中基本采用標準管徑(mm):不銹鋼:Φ19210，Φ25210，Φ32310，Φ38310；碳鋼:Φ10115，Φ19210，Φ25215，Φ38310，Φ57315，換熱管的間距最小是換熱管外徑的1125倍。特殊情況除外。 換熱管排列方式TEMA標準中換熱管有四種排列形式:30176。、45176。、60176。、90176。 換熱管排列形式一般情況30176。和60176。排列多排約17%的管子，因而單位面積的金屬耗量較低。一般當換熱器直徑小于500mm、殼程不易結垢或采用固定管板式換熱器，換熱器殼程進行化學清洗時，宜采用30176?；?0176。排列；當換熱器直徑大于500mm、殼程易結垢、采用可拆卸管束的換熱器形式，換熱器殼程可進行機械清洗時，宜采用45176?；?0176。排列。30176。和45176。排列為錯列，介質流動時形成湍流，對傳熱有利；60176。和90176。排列為直列，介質流動時有一部分是層流，對傳熱有不利影響。因此對無相變換熱器，其傳熱與介質流動狀態(tài)關系較大，宜采用30176。和45176。排列；對有相變換熱器，其傳熱與介質流動的關系較小，卻與管壁凝液流動方向關系較大，故凝液流動方向上換熱管數量是這類換熱器管子排列所應考慮的主要因素，宜采用60176。和90176。排列。 物料污垢系數 一般情況下，物料污垢系數對換熱器的傳熱系數有較大影響，因此污垢系數的選取也直接影響到換熱器的設計。工藝物料的污垢系數應由專利商在工藝包中提出，在沒有數據的情況下可以根據物料特性、清潔度、粘度等選取。如汽相物料可取(～)m2K/W，比較干凈的液體物料可取(～)m2K/W，比較臟的物料可取(～)m2K/W甚至更高。公用工程的污垢系數，除了有具體說明外，可參考以下數據選取:循環(huán)冷卻水: K/W冷凍鹽水: K/W密封油: K/W蒸汽: K/W氮氣: K/W間接冷卻水: K/W 傳熱系數在管側熱阻、殼側熱阻、污垢熱阻和管壁熱阻中分析導致熱阻的主要原因。一般管殼式換熱器的管壁熱阻在總熱阻中只占很小的比例，對傳熱系數影響不大。如是管側熱阻或殼側熱阻起決定作用，應該采取措施有效地增強湍動效果以提高傳熱系數，如是污垢熱阻起決定作用，應該采取措施使換熱器有效除垢以提高傳熱系數。 平均溫差平均溫差是對數平均溫差，但當多管程或多殼程時，需要修正平均溫差。 流體流速一般流體流速都有合理的范圍，特別是對于甲類和乙類流體還有安全流速，因此要分析流速是否合理，操作安全性是否可靠。 流體壓降其實流體壓降與流速有密切關聯，要分析壓降是否合理，是否滿足工藝要求。 其它換熱器的長徑比、介質走向、防沖板的設置、折流板間距、換熱器清洗等問題也要在設計中加以注意。經過結果分析后，一切參數均能滿足工藝要求，換熱器的工藝設計才算完成。 分析計算后，要對計算結果進行分析，有可能實際選取的換熱器與計算結果有較大差別，主要原因是:(1) 傳熱過程往往不是單一過程，它與流體流動、物質傳遞、流體性質等密切相關，增加了問題的復雜性。(2) 流體的物性數據不夠準確。(3) 介質的污垢問題沒有較好的解決，在選取污垢系數時還有一定的偶然性。因此，工程上允許有一定的設計偏差，有時使用值比計算值可高出30%甚至更高，在設計過程中要結合工程的實際情況選取一定的余量，這樣對計算結果的分析就顯得尤為重要了。 第三章 換熱器的工藝設計 題目 已知條件：換熱器設計（尿素一車間列管式解吸熱交換器）物料：液氨(NH3)，液態(tài)二氧化碳（CO2)，以及Ur(少量)，冷凝液等，其中冷凝液走殼程；工藝條件： 工藝條件表Tab. Technological conditions操作壓力 溫度 流量 密度管程45113℃(入/出)11(m3/s)916㎏/m3殼程15160℃(入/出)(m3/s)990㎏/m3 查表得物性參數，進行物料衡算： 物性參數表Tab. The parameter of physical
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