化工原理殼管式換熱器選型計(jì)算

1、化工原理殼管式換熱器選型計(jì)算假定:壓載水的溫度為15C,擬利用船舶的主機(jī)缸套冷卻水進(jìn)行熱交換 （取換熱器進(jìn)口的缸套水溫度 T仁75C,出口溫度T2=65C）,將壓載水加 熱到25C或30C，其中，壓載水的流量為 800m3/h。換熱器的熱缺失可忽 略，不考慮管、殼程阻力壓降。要求確定主機(jī)缸套冷卻水的流量，并選擇 一種換熱器（常用的，能耐海水腐蝕）。取污垢熱阻Rd Rd? 9 105m2 k/w選型運(yùn)算步驟：壓載水（海水）密度1 =1.025 103kg/m3 ,定壓比熱容cp1=3.89 103J/kg k。33淡水密度20 10 kg/m，在10C90C時(shí)，其定壓比熱容幾乎沒(méi)有 變化，可取

2、Cp2=4.2 103J/kg k。熱源水定性溫度T=T = 7-65=70Co經(jīng)飽和水的物性表，查得：22 2=0.668 w m k ,2 =406.1 X 10 6 Pa S。已知，壓載水體積流量為：qv1=800m"h/3壓載水質(zhì)量流量為：q411.025 10800222.2kg/m136003600s壓載水由初溫t1=15C，利用主機(jī)缸套冷卻水分不加熱到t2=25C, 3 0C,由于兩種情形下，冷熱流體的溫差均不大于 50C,故均可選用固定管 板式換熱器進(jìn)行運(yùn)算，具體如下：【1】壓載水:t1 = 15 t2=25C海水的熱導(dǎo)率、粘度比純水稍低，其阻礙因素比較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化運(yùn)

3、算，近似認(rèn)為純水。定性溫度t色公220 C。經(jīng)飽和水的物性表，查得：1 =0.599 w m k1=1004X 10 6 Pa S物性參數(shù)如下表：物性流體'密度(kg/m3)比熱(J/kg K)粘度(Pa S)導(dǎo)熱系數(shù)（W m k ）1.壓載水（冷源）31.025 1033.89 1061004X 100.5992.缸套水（熱源）30 104.2 103406.1 X 10 60.668注：管程流體(壓載水)參數(shù)下標(biāo)為1,殼程流體(缸套水)參數(shù)下標(biāo)為2.(1)運(yùn)算熱負(fù)荷Q qmQp1(t2 tj=222.2 3.89 103 (25 15)=9.333X10 6W通過(guò)熱量衡算，知6qm

4、2Q =9.333 10=222.22 kg/Cp2(h T2)4.2 10(75 65)即，熱源體積流量qv23600=2222%0 103 3600=800m',h(2)平均溫差 逆流:熱源'75C 65 C25C 15C冷源溫差 由 Vt1 = 50 由Vt2506Q _ 9.333 102=103.7mK估Vtm 1800 50Vt1 Vt2 = 5050 =50Vtm 逆2 =50r=T = 7J5=1 , p= 士 0.167 t2 t125 15T1 t1 75 15查溫度校正系數(shù)®圖，知®1>0.8,故采納單殼程可行。且 Vtm

5、69;Vtm逆=50 C(3)估算傳熱面積A估查表知，水-水換熱的總傳熱系數(shù)為：13962838w m k，可選總 傳熱系數(shù)K估1800鄉(xiāng)2 k，貝SA估(4) 試選型管殼程的選擇：本設(shè)計(jì)實(shí)例中，與缸套冷卻水不同，壓載水一樣未經(jīng) 專門處理，所含雜質(zhì)較復(fù)雜，進(jìn)而壓載水側(cè)極易產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢及沉淀, 為方便換熱器的愛(ài)護(hù)治理，故采納壓載水走管程，缸套冷卻水走殼程。管程流速的選擇：關(guān)于殼管式換熱器，一樣要求管程流速達(dá)0.2 2.5m? s,殼程流速達(dá)0.52.5m? s,結(jié)合本設(shè)計(jì)實(shí)例，為防止壓載水雜質(zhì)沉積， 管程壓載水流速取ui 1.5%。管子排列方式選擇：管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形

6、直列和正方形錯(cuò)列等，等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有：管板的強(qiáng)度高；流體走短 路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高；相同的殼內(nèi) 徑可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適 用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。 正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間， 即對(duì)流傳熱系數(shù)(較直列排列的)能夠 適當(dāng)?shù)靥嵘１纠x擇正三角形排列。傳熱管的選擇：選傳熱管19mmx 2mm,其內(nèi)徑d2=0.017m,外徑d2=0.019m。估算單程管子根數(shù):=800-3 14236000.01724=653 根1.5A 估 _103.7n?n 3.14 0.019 653

7、2.66m若采納單程管，則每管程的管長(zhǎng)選用 L= I =3m由換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，可選管子總數(shù)N=607根，管中心距t=25mm,正三角形排列。殼體內(nèi)徑 D=700mm,可取折流板間距h=600mm,折流板 數(shù)Nb - 1 1 4塊,傳熱面積可選A選105価，管程流通面積為0.1073h 0.6m2o故，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)選用固定管板式換熱器：BEM700-0135 -105.130.2519-1I(5) 校核總傳熱系數(shù)K管程對(duì)流傳熱系數(shù)1qv1Reidu p管內(nèi)流體流速：U1冗0.017 1.6 1.025 103600亦1042.74110Cp1 Pi3.891004 106Pr18003

8、14236000.0172 6074103 1004 10 67.040.5991.入 I 0.80.40.5994、0.8a 0.023二只色 Pri =0.023(2.71 10 )d10.017殼程對(duì)流傳熱系數(shù)7.040.4=6224.6w m? ka：。殼程流通面積：.乜S=hD(1缸套水流速：4xt© d正三角形排列的當(dāng)量直徑：4 C = 2d°1921 0.1008250.0250.019=2.2 m 尬1008人=0.60.703600Re2Pr2deU2p。心勇.2!1.* 109.37 104Cp2 鳴 4.2 140640610 1062.55k)0.6

9、680 6680.023 -2Re20.8Pr20.3 =0.023 (9.37 104)8 2.550.3=11163.8W / (m2 k) de0.0173a總傳熱系數(shù)。由于壓載水所含雜質(zhì)較為復(fù)雜，在管程側(cè)易產(chǎn)生結(jié)垢，而殼程側(cè)冷卻水也易產(chǎn)生結(jié)垢，為簡(jiǎn)化運(yùn)算，可取污垢熱阻Rd1 Rd2 9 105川kW，碳鋼熱導(dǎo)率入=45 Wm k。11bd2d2 d2R dR d泌爲(wèi)獸545 181917K a 2119=5.0663X 10 46224.6 17159 1011163.8-K=1974%2 k(6) 傳熱面積：94.6m2，與原估值差不多相符。 即傳熱面積有11%的裕量。106A Q

10、9.333A=A選%.1豐50 1.11 ,A 94.6運(yùn)算表明，所選換熱器規(guī)格可用?！?】壓載水：t1定性溫度t=dY°2經(jīng)飽和水的物性表，15C225C。查得：t230C入=0.60375Wm Cw=953.375X 10 6 Pa s物性參數(shù)如下表:物性密度比熱粘度導(dǎo)熱系數(shù)流體3(kg/m )(kJ/kg K)(Pa s)(% C)1.壓載水（冷源）31.025 1033.89 106953.375100.603752.缸套水（熱源）1.0 1034.2 103406.110 60.668注：管程流體（壓載水）參數(shù)下標(biāo)為1,殼程流體（缸套水）參數(shù)下標(biāo)為2.（1）運(yùn)算熱負(fù)荷Q=q

11、m1Cp1(t2 tj 222.22 3.89 103 (30 15) =1.4 107W通過(guò)熱量衡算，知qm21.4 107Cp2(T, T2)4.2 103 (75 65)熱源體積流量qv23600 333.331.0103 36001200m/h逆流:熱源75>65C冷源30C<-15C溫差45 C50 C由也452 知,Vt250Vt m逆T1t275 65只=二0.667t2t130 15（2）平均溫差Vt1 Vt2P=2 t1247.5C也 0.2575 15查溫度校正系數(shù)©圖，知0.98>0.8,故采納單殼程可行。且Vtm©Vtm 逆 46.

12、55 C（3）估算傳熱面積A估查表知，水-水換熱的總傳熱系數(shù)為：13962838 ，可選總 傳熱系數(shù)K估1800wm2 k，貝ym A _ Q 1.4 107 2A 估=167.1m試選型K估Vtm 1800 46.55流程的選擇：本設(shè)計(jì)實(shí)例中，與缸套冷卻水不同，壓載水一樣未經(jīng)專 門處理，所含雜質(zhì)較復(fù)雜，進(jìn)而壓載水側(cè)極易產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢及沉淀，為 方便換熱器的愛(ài)護(hù)治理，故采納壓載水走管程，缸套冷卻水走殼程。流體流速的選擇：關(guān)于殼管式換熱器，一樣要求管程流速達(dá)0.22.5m ? s,殼程流速達(dá)0.52.5m? s,結(jié)合本設(shè)計(jì)實(shí)例，為防止壓載水雜質(zhì)沉積, 管程壓載水流速取ui 1.5/。管子排列方式

13、選擇：管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形 直列和正方形錯(cuò)列等，等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有：管板的強(qiáng)度高；流體走短 路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高；相同的殼內(nèi) 徑可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適 用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。 正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間， 即對(duì)流傳熱系數(shù)(較直列排列的)能夠 適當(dāng)?shù)靥嵘Ｔ谀莻€(gè)地點(diǎn)選擇正三角形排列。選傳熱管19mmx2mm,其內(nèi)徑d10.017m，外徑d20.019m。估算單程管子根數(shù)：800 653根3.14.65336000.0172 1.54167.1n n

14、2按照傳熱面積估算管子長(zhǎng)度3600 4d1 U1L 4.3mn2n 3.14 0.019 653若采納1程管，則每管程的管長(zhǎng)選用L= I =4.5m。由換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，可選管子總數(shù)N=797根，管中心距t=25mm,正三角形排列。殼體內(nèi)徑 D=800mm,可取折流板間距h=600mm,折流板 數(shù)nb -1 1便1 7塊，傳熱面積可選A選209.3 ,管程流通面積為0.140 h 0.68 m2o故，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)選用固定管板式換熱器：BEM800-209.3-4.50.25-1I(5)校核總傳熱系數(shù)管程對(duì)流傳熱系數(shù)管內(nèi)流體流速：Uiqvi8003660>1為1210.013600.

15、33110253.1072 797R©4462.32山953.375 10 6Pri騷 3.89 103 953.375 10 6 6.63 入0.60375a0.023 LRe/Pr/4 0.023d1殼程對(duì)流傳熱系數(shù)a0.603750.017殼程流通面積:S=hD(1缸套水流速：U2 q正三角形排列的當(dāng)量deRe2deu2p 0.0173(2.32 104)0.8 6.630.4 5409.2Wm2 k-J-°) 0.6 0.8 1800/36000.11522ms19250.11524 J2_nd24 td n2V 440.22 1.0 1033.1440.01923.14 0.019 =0-0173 6Cp2 鳴 4.2 1406.4o60 106 2 2 0.6680.023Re20.8 Pr20.3de總傳熱系數(shù)。8.52 104Pr2-2.550.668 “ "0.023(8.520.01734、0.80.310 )2.55103462 k由于壓載水所含雜質(zhì)較為復(fù)雜，在管程易產(chǎn)生結(jié)垢,而殼程側(cè)冷卻水也易產(chǎn)生結(jié)垢，為簡(jiǎn)化運(yùn)算，可取污垢熱阻 導(dǎo)率入=45 Wm kRd1Rd29 105川kW，碳鋼熱如8