【正文】 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。 7 （ 3） U型 管式換熱器 ：其結(jié)構(gòu)可參見圖 3。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。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)。管程流體（ B 流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過(guò)內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過(guò)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。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。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。 8 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。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量 9 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。物流通過(guò)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。 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。 （ 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。 （ 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。 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 。 10 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。 C） 出口溫度（176。 C） 出口溫度 （176。 k 導(dǎo)熱系數(shù)W/（ m178。 S 熱阻（ *103）㎡178。這是因?yàn)椋罕焕鋮s的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可 降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時(shí)對(duì)于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。A 傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算） 熱負(fù)荷： ( ) ( )c p c c o c i h p h h i h oQ m c T T m c T T? ? ? ? 式中： ,chmm—— 冷熱流體的質(zhì)量流量， kg/s； ,pc phcc—— 冷熱流體的定壓比熱， J/(kg178。 理論上， cQ = hQ ，實(shí)際上由于熱量損失， cQ ≠ hQ ，通常熱負(fù)荷應(yīng)該取 max（ cQ ， hQ ）。 有效平均溫差 39。其中 1t 為較小的溫度差， 2t 為較大的溫度差。3 0 0 1 0 1 1 9 9 。 2121199 31 lnln 31mttt tt? ?? ? ?℃ 。A 339。 3 3 3 2 . 1 1 0 2 0 2 . 51 8 0 9 1 . 4mQAmKt ?? ? ??估； 考慮到所用傳熱計(jì)算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的換熱器具有換熱面積 0A 留有裕度 ? = ? 1231199ootCtC?? 39。? 12 10%25%，故有 39。 所選 浮頭式 換熱器的規(guī)格參 數(shù)以及其工藝 計(jì)算常用 參數(shù)可參考表 23 與表 24（附第二章后） 。 K/w； id 、 od 、 md —— 分別是傳熱管內(nèi)徑、外 徑 及平均直徑， m； wλ —— 傳熱管壁材料導(dǎo)熱系 數(shù)， W/（㎡﹒ K）； b —— 傳熱管壁厚， m。 先計(jì)算校正系數(shù) ? ： 551 . 8 1 . 86 1 0 6 1 01 1 0 .8 3 5R e 4 4 1 3??? ? ? ? ? ?； 而湍流情況下的 39。 0 . 8 1 / 3 0 . 1 40 .0 2 7 R e Pr ( / )ii i wid?? ? ?? 工程上，當(dāng)液體被加熱時(shí)，取 0. 14( / ) 1. 05iw?? ? ，當(dāng)液體被冷卻時(shí)，取 0. 14( / ) 0. 95iw?? ? ，而管程流體原油是被加熱的，則有 39。 928 775ii??? ? ? ? ?W/（㎡﹒ K） ； 殼程流體傳熱膜系數(shù) Oα ： 其計(jì)算過(guò)程如下： 換熱器內(nèi)需裝弓形折流板，根據(jù) GB1511999 可知，折流板最小的間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的 1/5，且不小于50mm ，故根據(jù)浮頭式換熱器折流板間距的系列標(biāo)準(zhǔn)，可取折流板間距 300bl mm? 。 928i?? W/（㎡﹒ K） 775i?? W/（㎡﹒ K） 300bl mm? 14 體內(nèi)徑 600iD DN mm?? 。 20 . 0 2 50 . 3 0 . 6 (1 ) 0 . 0 3 9 30 . 0 3 2SAm? ? ? ? ?； 6 . 4 4 0 . 1 7 8 /9 1 8 0 . 0 3 9 3hohsmu m sA?? ? ??； 當(dāng)換熱管 呈正方形排列時(shí)，其當(dāng)量直徑 ed 為2 21 . 2 7 1 . 2 7 0 . 0 3 2 0 . 0 2 5 0 . 0 2 70 . 0 2 5teoo pddd ?? ? ? ? ?； 同時(shí)： 30 .0 2 7 0 .1 7 8 9 1 8R e 4 8 0 00 .9 2 1 0e o oodu ?? ???? ? ??； 332 .5 8 7 1 0 0 .9 2 1 0Pr 2 0 .90 .1 1 4pooc ???? ? ?? ? ?； 故可用 Kern 法求 o? ，即： 0. 55 1 / 3 0. 140. 55 1 / 3 R e P r ( / ) 4800 W / m Koo i wed?? ? ??? ? ? ? ?? ； i? 與 o? 都已經(jīng)算出，而 2 0 2 5 2 2 . 522iom ddd m m? ?? ? ?， mm? ， 320 .5 2 1 0 m /si soR R K W?? ? ?，同時(shí)查鋼管壁熱導(dǎo)率為 46. 9 /w W m K? ? ，則有 600iD mm? 25od mm? 32tp mm? ? /ou m s? ? Re 4800? Pr ? ? ? W/（㎡﹒ K） mm? mm? 10siR ???m2178。 K/W ? ? W/m178。 校核平均溫差 與平均溫差有關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下： 3 0 0 1 0 0 6 . 2 5 。 0. 86 91 .4 78 .6mmtt? ? ? ? ?℃ 。20 3 3 3 2 . 1 2 1 6 . 21 9 1 . 6 7 8 . 6mQAmKt? ? ??； 校核： 39。0 8 5 3 2 1 6 . 2 1 0 0 % 1 8 % ( 1 5 % 2 5 % )2 1 6 . 2AAA? ??? ? ? ?； 為了保證換熱器的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于或等于 15%25%，由上可知所選換熱器面積滿足要求。 K ?估 ? ? ?? ℃ ? 39。039。 管程壓力降 ip 管程壓力降有三部分組成，可按下式進(jìn)行計(jì)算： ()i L r t p s n sp p p F N N p N? ? ? 其中： Lp —— 流體流過(guò)直管因摩擦阻力引起的壓力降，Pa； rp —— 流體流經(jīng)回彎管中因摩擦阻 力引起的壓力降， Pa； np —— 流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口的壓力降， Pa； tF —— 結(jié)構(gòu)校正因數(shù)，無(wú)因次，對(duì) 25 ?? 的管子，取為 ；對(duì) 19 2mm?? 的管子，取為 ； pN —— 管程數(shù)； sN —— 串聯(lián)的殼程數(shù)。 由于 Re 4413? ，在 36R e 3 10 3 10? ? ?范圍內(nèi)，故可采用下面公式求?。? 0 . 3 8 0 . 3 80 . 7 5 4 3 0 . 7 5 4 30 . 0 1 2 2 7 0 . 0 1 2 2 7 0 . 0 4 3 4R e 4 4 1 3i? ? ? ? ? ? 所以 26 8 0 5 2 . 2 20 . 0 4 3 4 ( ) 0 . 0 2 5 80 . 0 2 2Lp ?? ? ? ? Mpa； ? ? 8MpaLp ? 17 28 0 5 2 . 2 23 ( ) 0 . 0 0 5 9 52rp ?? ? ? Mpa； 28 0 5 2 .2 21 .5 ( ) 0 .0 0 2 9 82np ?? ? ? Mpa； ( 0 .0 2 5 8 0 .0 0 5 9 5 ) 1 .4 4 3 0 .0 0 2 9 8 30 .5 4 2 M p aip ? ? ? ? ? ? ?? ； 經(jīng) 查 ， 可 知 每 臺(tái) 換 熱 器 合 理 的 壓 力 降 為 10? Pa，由此可知上述壓力降符合 要求。盡管管束為直管，但流動(dòng)卻變得復(fù)雜化。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地分析影響這種復(fù)雜流動(dòng)的各種因素，精確地計(jì)算壓力降是相當(dāng)?shù)睦щy。39。1p —— 流體橫過(guò)管束的壓力降， Pa； 39。 其中： 239。2 2(3 .5 ) 2bob ilupN D ???； 式中： F —— 管子排列方法對(duì)壓力降的修正系數(shù)，對(duì)三角形排列 ? 。 其中： 2( ) ( 1. 19 )0. 3 ( 0. 6 1. 19 18 8 0. 02 5 )o b i c o b i t oA l D n d l D N dm? ? ? ?? ? ? ??； 因此 6 . 4 4 0 . 1 2 1 /9 1 8 0 . 0 5 7 8ho homu m sA?? ? ??； 0. 22 48 00 24of ?? ? ?； 1 .1 9 1 .1 9 1 8 8 1 6 .3ctnN? ? ? ?； 0 .1 6 0 .11 1 1 8 .60 .3b blN l??? ? ? ? ?，取整為 19。1 9 1 8 0 . 1 2 10 . 3 0 . 7 2 4 1 6 . 3 2 0 4 7 5 . 82p ?? ? ? ? ? ? Pa， 239。 換熱器 壁溫計(jì)算 換熱管壁溫 t 計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： ? —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總傳熱系數(shù)， W/（ m178。1 Pa? 39?！?/w； ,mmTt—— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ,ioTT—— 分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃； ,iott—— 分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃； mt —— 流體的有效平均溫差，℃； ? —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（ m178。 熱流體側(cè)的壁溫： 31()1200 ( 10 ) th m dh mhot T r tC??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ； 冷流體側(cè)的壁溫： 31()185 ( 10 ) 775tc m dc mcot t r tC??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ； 所以 1 5 6 .4 1 1 2 .3 1 3 4 .322th tct ttt ? ?? ? ?℃。 ? ? ? 200st ? ℃ 到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落，其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，因此，接下來(lái)應(yīng)該是進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度計(jì)算。 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的流體的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為 400℃； 設(shè)計(jì)壓力為 。 16MnR 是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼 ，同時(shí) 采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 2C C mm