【正文】 接、殼體與管板的連接等），具體計(jì)算如下。 圓筒壁溫 st 的計(jì)算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度： 200st ? ℃?！妫?。2 Pa? 8 Mpaop ? 20 dr —— 污垢熱阻，㎡178?！妫? ? /ou m s? ? ? 19bN? 39。2 2 0 . 3 9 1 8 0 . 1 2 13 8 ( 3 . 5 ) 6 3 8 . 40 . 6 2p ??? ? ? ? ? Pa； ( 475 .8 638 .4) 5 3 038 Mp aop ? ? ? ? ?； 可知此 時(shí)的壓力降在合理范圍之類。 則有： 239。對(duì)正方形排列 ? ，對(duì)轉(zhuǎn)置正方形排列? ； of —— 殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng) Re 500? 時(shí)， 95rp Mpa? 298 M panp ? 2 M paip ? ? ? 19 Reof ?? ； —— 橫過管束中心線的管 子數(shù)，對(duì)三角形排列? ；對(duì)正方形排列 ? ； ou —— 按殼程流通截面 oA 計(jì)算的流速， /ms； bN —— 折流板的數(shù)量。10 ( 1) 2 ocb up F f n N ???； 239。2p —— 流體通過折流板缺口的壓力降， Pa； sF —— 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，無因次，對(duì)液體可取 ；對(duì)氣體可取 。12()o s sp p p F N?? 式中： 39。 下面通過埃索法來計(jì)算： 39。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會(huì)產(chǎn)生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動(dòng)變得更加復(fù)雜。 殼程的壓力降 當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動(dòng)為平行流和錯(cuò)流的耦合。 其中， Lp 、 rp 、 np 的計(jì)算式如下： 2()2i i iLiilup d ???； 23( )2iir up ??； ( )2iin up ??； 式中： iu —— 管內(nèi)流速， /ms； id —— 管內(nèi)徑， m ；l —— 管長(zhǎng)， m ； i? —— 摩擦系數(shù)，無量綱，可由下式求??； i? —— 管內(nèi)流體密度， 3/kgm 。0 18%AAA? ? 17 流體流經(jīng)換熱器因流動(dòng)引起的壓力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計(jì)算。20 ? 39。 壓力降的計(jì)算 ? W/m178。039。 校核換熱面積： 實(shí)際傳熱面積： 39。1 0 1 6 9h i h oc o c iTTR TT? ?? ? ? ???熱 流 體 的 溫 降冷 流 體 的 溫 升 1 0 1 6 9 0 . 1 3 93 0 0 6 9c o c ih i c iTTP TT? ?? ? ? ???冷 流 體 的 溫 升兩 流 體 最 初 溫 差； 根據(jù) R、 P 值，查溫度校正系數(shù)圖可得溫度校正系數(shù) ? ? ? ，因此有效平均溫度差為： 39。 K 16 熱導(dǎo)率為 46. 9 /w W m K? ? ，則有 00331111 10 10 775 /oso sio w m i i iKbd d dRRd d dW m K? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ? ? ????故 6180KK ??估，合適。 K/W 10soR ??? m2178。 管間流速 ou 是根據(jù)流體流 過管間最大截面積 sA 計(jì)算：(1 )os b i tdA l D p?? 其中： od —— 管外徑，即 25 ㎜， tp —— 為換熱管中心距，此時(shí)選擇換熱管在管板上的排列方式為正方形排列，因?yàn)檫@樣便于機(jī)械清洗，查GB1511999 得 32tp mm? 。 Pr 183? ?? 39。 0 . 8 1 / 30 . 1 4 00 . 0 2 7 4 4 1 3 1 8 3 1 . 0 5 9 2 80 . 0 2i? ? ? ? ? ? ? W/（㎡﹒ K） ； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù) i? 為： 39。i? 計(jì)算如下： 由于 2ia??? ，故原油為高黏度的流體，故應(yīng)用SiederTate 關(guān)聯(lián)式： 39。 管程流體傳熱膜系數(shù) iα 其計(jì)算過程如下： 24 2 6 . 5 2 . 2 2 /8 0 5 0 . 0 1 4 8ci cimu m sd??? ? ??； 30 . 0 2 2 . 2 2 8 0 5R e 4 4 1 38 . 1 1 0i i iidu ?? ???? ? ??，可知流體處于2243Am? /iu m s? Re 4413? 14 過渡流狀態(tài)； 333 . 1 6 5 1 0 8 . 1 1 0Pr 1 8 30 . 1 4 0p i iic ???? ? ?? ? ?； 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)為過渡流的時(shí)候，對(duì)流傳熱系數(shù)可先按 湍流的公式計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果乘以校正系數(shù) ? ，即可得到過渡流下的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 總傳熱系數(shù) K的校驗(yàn) 管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù) K的計(jì)算公式如下： 11 o o os o s iw m i ib d d dRRK d d d? ? ? ? ?Oiα λ α 式中： K—— 總傳熱系數(shù)， W/（㎡﹒ K）； iα 、 Oα —— 分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，W/（㎡﹒ K）； siR 、 soR —— 分別為管程和殼程的污垢熱阻，㎡178。21. 2 1. 2 * 20 2. 5 24 3A A m? ? ?，根據(jù) A 查選型手冊(cè)， 可選換熱器的型式為： B ES 85 6/25 4 Ⅱ，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng) 采用三臺(tái)同類換熱器串聯(lián)。 ? ℃ K估 =180W/（㎡﹒℃） 39。239。 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 K估 =180W/（㎡﹒℃）； 初算出所需的傳熱面積 39。ootC? ? ?? ? ? 因?yàn)? 12 2tt ? ，故采用對(duì)數(shù)平均溫度差，則 39。 121 0 0 6 9 3 1 。mt 的計(jì)算 選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢摺? ( ) 2 6 .5 3 .1 6 5 ( 1 0 1 6 9 ) 2 6 8 3 .9 K Wc c pc c o c iQ m c T T? ? ? ? ? ? ?( ) = 6 .4 4 2 .5 8 7 ( 3 0 0 1 0 0 ) = 3 3 3 2 .1 K Wh h ph hi hoQ m c T T? ? ? ?； 故 ? 。 k)； ,ci coTT—— 冷流體的進(jìn)、出口溫度， k； ,hi hoTT—— 熱流體的進(jìn)、出口溫度， k。 初算換熱器傳熱面積 39。這是因?yàn)椋?對(duì)于溫 度很高的初頂油氣，其熱能可以利用，宜選管程，以減少熱量損失。 S 熱阻（ *103）㎡178。 k 導(dǎo)熱系數(shù)W/（ m178。 C） 出口溫度 （176。 C） 出口溫度（176。 11 第二章 工藝計(jì)算 在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝 要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱 面積。 管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用 。 （ 4） 螺旋槽紋管： 可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高 ～ ，但阻力降增加 ～ 倍。 （ 2） T 形翅片管：用于管外沸騰時(shí)，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高 ～ 倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。 換熱管簡(jiǎn)介 換熱管 是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。物流通過這種結(jié)構(gòu)換熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場(chǎng)合。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量 10 小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高 1～ 倍；②冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。 9 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) 包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高 的工作效率。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式 換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。管程流體（ B 流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故 U 型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。 8 （ 3） U型 管式換熱器 ：其結(jié)構(gòu)可參見圖 3。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。 （ 2） 浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于 進(jìn)行堵管或換管，但無法在管子 的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。 與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型： （ 1） 固定管板式換熱器： 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子 彎曲、斷裂或從管板上拉脫。 這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全 部管子均分為若干組。 折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。 進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件 組成，其具體 結(jié)構(gòu)如 下 圖所示 。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為： （ 1） 管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等； （ 2） 板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等； （ 3） 擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。 這是工業(yè) 中最為廣泛使用的一類換熱器。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。 在這類換熱器中，熱量傳遞是通過格子磚或填料等蓄熱體來完成的。 換熱器的分類及特點(diǎn) 按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流 體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。例如，高爐爐氣（約1500℃）的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供 熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。特此致謝！ 4 第一章 換熱器 概述 過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油 、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備