換熱器設(shè)計(jì)實(shí)例

1、2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)1 1.處理能力：19.8105 t / a 煤油； 2.設(shè)備形式：臥式列管式換熱器。 1.煤油：入口溫度140，出口溫度40； 2.冷卻介質(zhì)：為循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度自選； 3.允許壓降：不大于105Pa； 4.煤油在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 5.每天按330天，每天按24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 選擇或設(shè)計(jì)適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。，CW/m14. 0CkJ/kg22. 2sPa1015. 7kg/m82543 pc，2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)2兩流體均為無相變，本設(shè)計(jì)按非標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器的一般設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩流體溫度變化情況：熱流體（煤油）入

2、口溫度為140，出口溫度為40；冷流體（冷卻水）入口溫度為30，出口溫度選為40兩流體的定性溫度如下：煤油的定性溫度冷卻水定性溫度兩流體的溫度差 （50，70）因該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)冷卻水進(jìn)口溫度會(huì)降低，因此殼體壁溫和管壁溫相差較大，故選用帶膨脹節(jié)的列管式換熱器。 C902/40140m T C352/4030m tC553590mm tT（一）選定換熱器類型2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)3因循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于污垢清洗，故選定冷卻水走管程，煤油走殼程。同時(shí)選用 的碳鋼管，管內(nèi)流速取m/s（若按常用流速1.5m/s計(jì)算，可以得出所需管程數(shù)為6，換熱器小而管程數(shù)過多使

3、換熱器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且動(dòng)力消耗增大，設(shè)計(jì)時(shí)不能照教科書按部就班）。查化工原理附錄，兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表：5 . 225 5 . 0i u流體物性定性溫度密度kg/m3粘度 mPa s比熱容 kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) W/(m )煤油90825825825825冷卻水350.7150.7150.7150.715（二）選定流體流動(dòng)空間及流速2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)4按管間煤油計(jì)算，即忽略熱損失，則水的用量為逆流溫差 W1054. 1401401022. 2360024330/108 .19637211p1 TTcWQ kg/s93.36304010174. 41054.

4、136122 ttcQWp C09.393040/40-140ln304040140, 逆mt（一）計(jì)算熱負(fù)荷（熱流量）（二）計(jì)算冷卻用水量（三）計(jì)算逆流平均溫度差2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)51.管程給熱系數(shù)故采用下式計(jì)算1000013654000728. 09945 . 002. 0Re iiiiud i CW/m7 .27538812. 13 .20333 .31023. 0626. 0000728. 04174000728. 09945 . 0020. 0020. 0626. 0023. 0023. 024 . 08 . 04 . 08 . 0 piiiiiiicudd（四）總

5、傳熱系數(shù)Ki 2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)62.殼程給熱系數(shù)假設(shè)殼程給熱系數(shù)3.污垢熱阻4.管壁的導(dǎo)熱系數(shù)碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)5.總傳熱系數(shù)CW/m2 290o C/WmC/Wm22 0001720000420.R.RsosiCW/m 45 CW/m2 5214003448000017200000620000525000045401290100017200225045025000250020002500004200200727530250111.RdbdddRddKosomoiosiiio 2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)7考慮15%的面積裕度，1.1.管徑和管內(nèi)流速管徑和管內(nèi)流速選用的

6、碳鋼換熱管 ，管內(nèi)流速2.2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) （根）26,m7 .18309.395 .2141054. 1逆mtKQS 2m22117183151151.S.S5225. m/s50.ui23762365002078509949336422./.ud/Vniis 按單管程計(jì)算所需換熱管的長(zhǎng)度m41102501432372211.dnSLos 2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)8按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) ，則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管的總根數(shù) （根）3.3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)查單

7、殼程 圖，因在圖上難以讀取，因而相應(yīng)以 代替R，PR代替P，查同一圖線得 ，于是 。單殼程雙管程屬于1-2折流，現(xiàn)用1-2折流的公式計(jì)算平均溫度差m6l（管程）26411.lLNp4742237N01304040140091030140304012211112ttTTR.tTttPRP 091010.PR，820. C05320939820.t R/123211010109102110101091023040110112112122222122.lnRRPRRPlnttRtm 2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)9現(xiàn)對(duì)上述查圖方法進(jìn)行說明。對(duì)于1-2折流有：令 ， ，則 ， 。將 R、P 以代

8、入上式得 )11(2)11(2ln11ln11222RRPRRP/PRPRR R/R1PRP R/R1RPPRP、112112ln/11ln111/1/1121/1/112ln/11ln1/11/1222222RRPRRPRPPRRRRRPRRRPPRPRR 顯然，用 對(duì) 作圖應(yīng)為同一圖線。本設(shè)計(jì)取有效對(duì)數(shù)平均溫度差為 。RP、 2 .32mt 2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)104.4.傳熱管排列和分程方法傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距 ，則橫過管束中心線的管數(shù) （根）5.5.殼體內(nèi)徑殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 ，則殼體

9、內(nèi)徑圓整取6.6.折流板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 ，取取折流板間距為 ，則 取折流板數(shù)od.t251mm3225251 .t26474191191.N.nc70. mm38747047432051051././Nt.D mm900Dmm225900250 .hmm225hD.B30mm27090030 .Bmm300B（塊）折流板間距傳熱管長(zhǎng)19130060001BN2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)11折流板圓缺水平面安裝。7.7.接管接管殼程流體（煤油）進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑為100mm。管

10、程流體（循環(huán)水）進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑（取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm）1.1.殼程對(duì)流給熱系數(shù)殼程對(duì)流給熱系數(shù)m104001143008418040114382536002433010819447./.uVd m178. 05 . 114. 3994/93.3644uVd （一）熱量核算2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)12對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公式當(dāng)量直徑由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為14. 0wo3/1oopo55. 0oooeeoo36. 0 cuddm020. 0025. 014. 3025. 04032. 02

11、34423422o2o2e ddtd2oom059. 0032. 0025. 019 . 03 . 01tdBDSm/s143. 0059. 0008418. 0ou2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)1334111400007150222033000.0007158250.1430.020oo.PrReCW/m74871341133000200140360231550o ./. 2.2.管程對(duì)流給熱系數(shù)管程對(duì)流給熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為40iipi80iiiiiii0230.cudd. 22im074420247402007850./.S85446260000

12、72804174136330.0007289940.4990.020m/s49900744209949336iii.PrRe./.u2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)14CW/m27508812182030331023085441363302006260023002302408040iipi80iiiiiii .cudd. 3. 3.傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K KCW/m43060020500000172000006200005250000455017487100017200225045025000250020002500004200200275002501112osomoiosiiio .Rdbd

13、ddRddK 2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)154.4.傳熱面積傳熱面積該換熱器的實(shí)際換熱面積面積裕度為換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。1.1.管程流動(dòng)阻力管程流動(dòng)阻力（Ft 結(jié)垢校正系數(shù)，Np 管程數(shù)，Ns 殼程數(shù)）取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則 ，而查圖得 。26mm1156232430610541.tKQS 2copm920826474060060250143.nNLdS %.%.%SSSH833100115611569208100pspt21iNNFppp 0050.d/ 13633iRe0370i. （二）換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)1

14、6Pa337124990994323Pa713732499099402060370222i222iii1.up.udLp 對(duì) 的管子有管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。mm5225. 1241sptNN.F，且，Pa10Pa488612413371713735spt21i.NNFppp 2.2.殼程流動(dòng)阻力殼程流動(dòng)阻力對(duì)殼程有折流擋板時(shí)，計(jì)算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計(jì)算比較麻煩，而且對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細(xì)。工程計(jì)算中常采用Esso法，該法的計(jì)算公式如下：2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)17（Fs 為結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)液體

15、 Fs=1.15，Ns 為殼程數(shù)）流體流經(jīng)管束的阻力F為管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5，正方形直列 ，正方形錯(cuò)列時(shí)， 。 為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng) 為橫過管束中心線的管數(shù)， 。折流板間距 ，折流板數(shù)ssoNFppp21 2121oBcouNnFfp 30.F 40.F of788403300050550022802280.Re.fRe.ooo時(shí)，cn26cnm30.B 19BNPa117292143082511926788405021.p 流體流經(jīng)折流板缺口的阻力2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)18Pa10PaPa52511115114541172914542143082590302531922532222.p.puDB.NpooB 該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計(jì)的換熱器合適。流體輸送泵型號(hào)和規(guī)格選型計(jì)算此處略?，F(xiàn)將本換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果列于下表：2022-4-9換熱器設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)19換熱器型式：帶熱補(bǔ)償非標(biāo)準(zhǔn)的固定管板式管子規(guī)格252.5管數(shù)474根管長(zhǎng)6m換熱面積：208.9m2管間距,mm32排列方式正三角形工藝參數(shù)折流板型式上下間距，300mm切口25%設(shè)備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑900mm保溫層厚度無需保溫物料名稱循環(huán)水煤油接管表操作壓力，MPa0.40.3序號(hào)尺寸用途