【文章內(nèi)容簡介】 ） ① 蛇管式換熱器 ② 套管式換熱器 ③ U 型管式換熱器：這類換熱器又可分為 U 型管式、 U 形管式和浮頭式。 （ 2）通過板面?zhèn)鳠岬膿Q熱器（即 “板面式 ”） ① 螺旋板式換熱器 ② 板式換熱器 ③ 傘板式換熱器 ④ 板翅式換熱器 ⑤ 板殼式換熱器 （ 3）其它形式的換熱器 這類換熱器一般都是為了 滿足某些特殊要求而出現(xiàn)的，有些還處于發(fā)展階段，其中比較成熟的，如回轉(zhuǎn)式換熱器和熱管等。 第一章 緒論 7 1． 3 U 型管式換熱器的設(shè)計(jì) U 型管式換熱器的設(shè)計(jì)資料較完善，已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。目前我國 U 型管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收按 “鋼制 U 型管式換熱器 ”（ GB151）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 U 型管式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中以熱力設(shè)計(jì)最為重要。不僅在設(shè)計(jì)一臺(tái)新的換熱器時(shí)需要進(jìn)行熱力設(shè)計(jì)，而且對(duì)于已生產(chǎn)出來的，甚至已投入使用的換熱器在檢驗(yàn)它是否滿足使用要求時(shí)，均需進(jìn)行這方面的工作。 熱力設(shè)計(jì)指的 是根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理地選擇運(yùn)行參數(shù)，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)主要是計(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。當(dāng)然，熱力設(shè)計(jì)和流動(dòng)設(shè)計(jì)兩者是密切關(guān)聯(lián)的，特別是進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)常需從流動(dòng)設(shè)計(jì)中獲取某些參數(shù)。 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，例如管子的直徑、長度、根數(shù)、殼體的直徑、折流板的長度和數(shù)目、隔板的數(shù)目及布置以及連接管的尺寸等等。 在某些情況下還需對(duì)換熱器的主要零部件 —特別是受壓不均做應(yīng)力計(jì)算，并校核其強(qiáng)度。對(duì)于在高溫高壓下工作的換熱 器，更不能忽視這方面的工作。這是保證安全生產(chǎn)的前提。在做強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)盡量采用國產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料和部件，根據(jù)我國壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算或校核。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)： U 型管換熱器設(shè)計(jì) 8 第二章 換熱器的工藝計(jì)算 U型管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)只要包括以下內(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． 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。 2． 1 設(shè)計(jì)條件 表 21 設(shè)計(jì)條件 殼程 管程 流體名稱 混氫油 反應(yīng)產(chǎn)物 總流量（ t/h） 25 工作溫度 / 進(jìn) / 出 (℃ ) 134/316 370/210 壓力 /(MPa) 2． 2 確定物性數(shù)據(jù) 在以上條件下，查得其基本物性數(shù)據(jù)為： 表 22 物性數(shù)據(jù) 介 質(zhì) 密度（ kg/m3） 比熱容（ KJ/kg℃ ） 黏度（ Pas） 導(dǎo)熱系數(shù)（ W/(m℃ )） 反應(yīng)產(chǎn)物 994 4． 174 0． 735103 0． 626 混氫油 789 103 2． 3 符號(hào)說明 ? 0——熱流體的密度， kg/m3； ? 0——熱流體的黏度， Pas；第二章 換熱器的工藝計(jì)算 9 ? 0——熱聯(lián)體的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m℃ )； 0Cp ——熱流體的比熱容， KJ/kg℃ ； iCp ——冷流體的比熱容， KJ/kg℃ ； ? i——冷流體的密度， kg/m3 ? i——冷流體的黏度， ? i——冷流體的導(dǎo)熱系數(shù)， Tn ——換熱管數(shù)目。 2． 4 流體走向的確定 兩流體為均不發(fā)生相變的傳熱過程，因反應(yīng)產(chǎn)物的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大，且易結(jié)垢，故選擇冷卻反應(yīng)產(chǎn)物走換熱器的管程，混氫油走殼程。 2． 5 估算傳熱面積，初選換熱器的規(guī)格 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的用量 )( 00 ih TTCpWQ ?? = 32 5 0 0 0 2 .3 9 1 0 ( 3 1 6 1 3 4 ) / 3 6 0 0 3 0 2 0 6 9 4 W? ? ? ?（ 21） )( 0ttCp QW iic ?? = 33 0 2 0 6 9 4 3 6 0 0 1 6 2 8 3 /4 . 1 7 4 1 0 ( 3 7 0 2 1 0 ) k g h? ?? ? ? （ 22） 式中 hW ——熱流體的質(zhì)量流量 kg/s； cW ——冷流體的質(zhì)量流量 kg/s； 0Cp ——熱流體的比熱容， KJ/kg℃ ； iCp ——冷流體的比熱容， KJ/kg℃ ； iTT,0 ——熱流體始末的溫度， ℃ ； 0t ， it ——冷流體的始末溫度， ℃ 。 計(jì)算兩流體的平均溫度差 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)： U 型管換熱器設(shè)計(jì) 10 ( 316 134) ( 370 210)316 134lnln370 210hcmhcttt tt? ? ? ? ? ?? ? ?????=230176。C （ 23） 而 2570 3512500 ??????? tt TTR i i 000 ittP Tt???? （ 24） 查得： ??t? 。所以 00 .8 6 2 3 0 1 9 7 . 8m t mt t C? ?? ? ? ? ? ? ? （ 25） 初選換熱器的規(guī)格 根據(jù)兩流體的情況，假設(shè) )/(300 2 CmWK ??? ，故 23020694 5 0 .93 0 0 1 9 7 .8p mQAmKt? ? ??? （ 26） 式中 PA ——估算傳熱面積， 2m ； cA ——實(shí)際傳熱面積， 2m 。 初步選用 U 型管式式換熱器。據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)初選換熱器為下表所示： 表 23 初選換熱器參數(shù) 殼徑 /mm 600 管子尺寸 /mm 20 25 中心排管數(shù) 16 管長 /m 管程流通面積 /m2 管子總數(shù) 241 管程數(shù) 2 管子排列方法 正三角形 實(shí)際傳熱面積 22 3 2 3 .1 4 0 .0 2 5 ( 4 .5 0 .1 ) 8 0 .1cA n d L m?? ? ? ? ? ? （ 27） 若選擇該型號(hào)的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為 290w。 2． 6 換熱管的排列和管心距 —般說來，正三角形排列在相同的管板面積上可排較多的管子，而且管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大，但正三角形排列時(shí)管外機(jī)械清洗較為困難，而認(rèn)管外流體的流動(dòng)阻力也較大。在本設(shè)計(jì)中殼程中介質(zhì)混氫油是非腐蝕性介質(zhì)利于清洗，但由于是多管程結(jié)構(gòu)，采用組合排列方法。每一程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用矩形排列方法。所以本設(shè)計(jì)采第二章 換熱器的工藝計(jì)算 11 用常規(guī)的正三角形排列。 管心距 25 5otd? ? ? ?（ mm） （ 29） 按常用管心距表中查得管外 徑為 25mm 的管心距為 t=32mm。 2． 7 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為 mmh ??? 取折流板間距 B==180mm。則 ????? BLNB（塊） （ 210） 折流板圓缺面反應(yīng)產(chǎn)物平裝配。 2. 8 接管 根據(jù)流體的操作情況及結(jié)構(gòu)尺寸要求，取管程接管內(nèi)流體流速為 ，則管程接管內(nèi)徑為 04 4 1 6 2 8 3 / 3 6 0 0 / 9 9 40 . 1 0 83 . 1 4 1 . 5ii VDmu? ?? ? ?? （ 211） 式中 iD ——管程接管內(nèi)徑， mm； iV ——冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的體積流量， m3/s； iu ——冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的流速， m/s。 取殼程接管內(nèi)流體流速為 ，則殼程接管內(nèi)徑為 0 04 4 2 5 0 0 0 / 3 6 0 0 / 7 8 9 0 . 1 1 43 . 1 4 0 . 5oVDmu? ?? ? ?? （ 212） 式中 0D ——?dú)こ探庸軆?nèi)徑， mm； 0V ——混氫油的體積流量， m3/s； 0u ——混氫油的流速， m/s。 綜合考慮無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)尺寸、接管直徑與筒體內(nèi)徑關(guān)系以及補(bǔ)強(qiáng)需要，取管程接管為 ?? ，殼程接管為 ?? ?？紤]經(jīng)濟(jì)性及焊接要求，接管材料選用 20 號(hào)鋼。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)： U 型管換熱器設(shè)計(jì) 12 2． 9 壓強(qiáng)降的核算 管程壓強(qiáng)降 tpsi FNNPPP )( 21 ?????? （ 213） 式中 1P? ——單程直管阻力， Pa； 2P? ——局部阻力 ,Pa； sN ——?dú)こ虜?shù)： pN ——管程數(shù)； iP?? ——管程總阻力； sF ——管程結(jié)構(gòu)校正因數(shù)，量綱為 1，對(duì)內(nèi)徑 20mm 外徑 25mm 的管子，取 。 其中， sN =1， pN =2， sF =。 管程流通面積 222 mNNdS pTii ????? ? （ 214） 1 6 2 8 3 / 3 6 0 0 / 9 9 40 . 3 8 /0 . 0 3 6 4ii iVu m sS? ? ? （ 215） 10391 3 ?? ???? ?? ?iii ud （ 216） 蛇管壁粗糙度 20 , ??? idmm ??，由 Re?? 關(guān)系圖查得： ?? ，所以 PaudLP i 5492 221 ??????? ?? （ 217） PauP 222 ?????? ? （ 218） 則 M P aPaP i )( ????????? 所以管程流體阻力在允許的范圍內(nèi)。 殼程壓強(qiáng)降 ssNFPPP )( 39。239。10 ?????? （ 219） 式中 39。1P? ——流體橫國管束的壓強(qiáng)降， Pa； 39。2P? ——流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降， Pa； sF——?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢校 正因數(shù)，量綱為 1，液體可取 。 第二章 換熱器的工藝計(jì)算 13 39。1P? = 2)1( 200 uNnFf Bc ?? （ 220） 2)( 2039。2 uDhNP B ???? （ 221） 式中 F ——管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)正三角形排列 F =； 0f ——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng) Re0＞ 500 時(shí)， ??f ； ——橫過管束中心線的管子數(shù)； BN ——折流擋板數(shù)； h——折流擋板間距； 0u ——按殼程流通面積 S0 計(jì)算的流速， m/s。 其中 sF =, sN =1， ? 16。 24?BN 。 殼程流通面積 200 )()( mdnDBS c ?????? （ 222） smSVu / 789/3600/25000000 ??? （ 223） 5003116 3000 ??? ???? ?? ?ud （ 224） ?? ?f （ 225） 所以 39。1P? = 2 ?????? PaP 5082 ) (24 239。2 ??????? k P aPaP )(0 ???????? 所以殼程流體阻力也在允許的范圍內(nèi)。 2． 10 總傳熱系數(shù)的核算 管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 10391Re ?i 33 ?????? ?? ?Cpi （ 226） )()10391( ??? iiii d?? （ 227） = ??