列管式換熱器設(shè)計(jì)方案

PAGEPAGE17一．設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件TC"設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件"\fC某生產(chǎn)過程的流程如圖所示，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流患熱后，用循環(huán)冷卻水將其從110℃進(jìn)一步冷卻至60℃之后，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶組分。已知混和氣體的流量為227301㎏/h，壓力為6.9MPa,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水的入口溫度為29℃，出口溫度為39℃，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。物性特征：混和氣體在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容=3.297kj/kg℃熱導(dǎo)率=0.0279w/m粘度循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據(jù)：密度=994.3㎏/m3定壓比熱容=4.174kj/kg℃熱導(dǎo)率=0.624w/m℃粘度確定設(shè)計(jì)方案TC"確定設(shè)計(jì)方案"\fC選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度110℃出口溫度60℃；冷流體進(jìn)口溫度29℃，出口溫度為39℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。確定物性數(shù)據(jù)TC"確定物性數(shù)據(jù)"\fC定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為T==85℃管程流體的定性溫度為 t=℃根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。對(duì)混合氣體來說，最可靠的無形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合無辜組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù)?；旌蜌怏w在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度定壓比熱容=3.297kj/kg℃熱導(dǎo)率=0.0279w/m粘度=1.5×10-5Pas循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據(jù)：密度=994.3㎏/m3定壓比熱容=4.174kj/kg℃熱導(dǎo)率=0.624w/m℃粘度=0.742×10-3Pas估算傳熱面積TC"估算傳熱面積"\fC熱流量TC"熱流量"\fCQ1==227301×3.297×(110-60)=3.75×107kj/h=10416.66kw2.平均傳熱溫差TC"平均傳熱溫差"\fC先按照純逆流計(jì)算，得=3.傳熱面積TC"傳熱面積"\fC由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=320W/(㎡k)則估算的傳熱面積為Ap=4.冷卻水用量TC"冷卻水用量"\fCm==工藝結(jié)構(gòu)尺寸TC"工藝結(jié)構(gòu)尺寸"\fC1．管徑和管內(nèi)流速TC"管徑和管內(nèi)流速"\fC選用Φ25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=1.3m/s。2．管程數(shù)和傳熱管數(shù)TC"管程數(shù)和傳熱管數(shù)"\fC可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)Ns=按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng)=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為Np=傳熱管總根數(shù)Nt=612×2=12243.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)TC"平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)"\fC平均溫差校正系數(shù)按式（3-13a）和式（3-13b）有R=P=按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖3-9得平均傳熱溫差℃由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。4.傳熱管排列和分程方法TC"傳熱管排列和分程方法"\fC采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。見圖3-13。取管心距t=1.25d0，則t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到離其最.近一排管中心距離按式（3-16）計(jì)算S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相鄰管的管心距為44㎜。管數(shù)的分成方法，每程各有傳熱管612根，其前后關(guān)鄉(xiāng)中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按圖3-14選取。5．殼體內(nèi)徑TC"殼體內(nèi)徑"\fC采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式（3-19）估算。取管板利用率η=0.75，則殼體內(nèi)徑為D=1.05t按卷制殼體的進(jìn)進(jìn)級(jí)檔，可可取D=14000mm6．折流板TC"折流板板"\ffC\采用弓弓形折流板板，去弓形形之流板圓圓缺高度為為殼體內(nèi)徑徑的25%%，則切去去的圓缺高高度為HH=0.225×14000=3500m，故可可取h=3500mm取折流板間距BB=0.33D，則BB=0.33×14000=4200mm，可可取B為450mmm。折流板數(shù)目NBB=折流板圓缺面水水平裝配，見見圖3-115。7．其他附件TC"其他他附件"\fCC\fCC\fC\ll"1""熱流量核算TC"熱流流量核算""\fC\ll"2""（1）殼程表面?zhèn)鳠釤嵯禂?shù)TC"（1）殼程表表面?zhèn)鳠嵯迪禂?shù)"\\fC用克克恩法計(jì)算算，見式（3-22）當(dāng)量直徑，依式式（3-223b）得得=殼程流通截面積積，依式33-25得殼程流體流速及及其雷諾數(shù)數(shù)分別為普朗特?cái)?shù)粘度校正（2）管內(nèi)表面?zhèn)鳠釤嵯禂?shù)TC"（2）管內(nèi)表表面?zhèn)鳠嵯迪禂?shù)"\\fC按式3-332和式3-333有管程流體流通截截面積管程流體流速普朗特?cái)?shù)（3）污垢熱阻和管管壁熱阻TC"（3）污垢熱熱阻和管壁壁熱阻"\fCC\ffC\依式式3-211有（5）傳熱面積裕度度TC"（5）傳熱面面積裕度""\fC\ll"3""依式3-335可得所所計(jì)算傳熱熱面積Acc為該換熱器的實(shí)際際傳熱面積積為Ap該換熱器的面積積裕度為傳熱面積裕度合合適，該換換熱器能夠夠完成生產(chǎn)產(chǎn)任務(wù)。壁溫計(jì)算TC"壁溫計(jì)計(jì)算"\\fC因?yàn)楣鼙诤鼙。冶跓嶙枳韬苄?，故故管壁溫度度可按?3-42計(jì)計(jì)算。由于于該換熱器器用循環(huán)水水冷卻，冬冬季操作時(shí)時(shí)，循環(huán)水水的進(jìn)口溫溫度將會(huì)降降低。為確確?？煽?，取取循環(huán)冷卻卻水進(jìn)口溫溫度為155℃，出口溫溫度為399℃計(jì)算傳熱熱管壁溫。另另外，由于于傳熱管內(nèi)內(nèi)側(cè)污垢熱熱阻較大，會(huì)會(huì)使傳熱管管壁溫升高高，降低了了殼體和傳傳熱管壁溫溫之差。但但在操作初初期，污垢垢熱阻較小小，殼體和和傳熱管間間壁溫差可可能較大。計(jì)計(jì)算中，應(yīng)應(yīng)該按最不不利的操作作條件考慮慮，因此，取取兩側(cè)污垢垢熱阻為零零計(jì)算傳熱熱管壁溫。于于是，按式式4-422有式中液體的平均均溫度和氣氣體的平均均溫度分別別計(jì)算為0..4×39+00.6×15=244.6℃(110++60)//2=855℃58887w//㎡·k9225.5ww/㎡·k傳熱管平均壁溫溫℃℃殼體壁溫，可近近似取為殼殼程流體的的平均溫度度，即T==85℃。殼體壁壁溫和傳熱熱管壁溫之之差為℃。該溫溫差較大，故故需要設(shè)溫溫度補(bǔ)償裝裝置。由于于換熱器殼殼程壓力較較大，因此此，需選用用浮頭式換換熱器較為為適宜。3．換熱器內(nèi)流體體的流動(dòng)阻阻力TC"換熱器器內(nèi)流體的的流動(dòng)阻力力"\ffC\（1）管程流體阻力力TC"（1）管程流流體阻力""\fC\ll"3"",,由Re=350002，傳熱熱管對(duì)粗糙糙度0.001，查莫莫狄圖得，流流速u=1.3306m//s,,所以，管程流體阻力在在允許范圍圍之內(nèi)。（2）殼程阻力TC"（22）殼程阻阻力"\\fC按式式計(jì)算,,流體流經(jīng)管束的的阻力F=0..50..5×0.24419×38.55×(14+11)×=754468Paa流體流過折流板板缺口的阻阻力,B==0.455m,D=1..4mPa總阻力75468+4432188=1.119×Pa由于該換熱器殼殼程流體的的操作壓力力較高，所所以殼程流流體的阻力力也比較適適宜。（3）換熱器主要結(jié)結(jié)構(gòu)尺寸和和計(jì)算結(jié)果果TC"（3）換熱器器主要結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸和計(jì)計(jì)算結(jié)果""\fC\ll"3""見下表表：參數(shù)管程殼程流率898560227301進(jìn)/出口溫度/℃29/39110/60壓力/MPa 0.46.9物性定性溫度/℃3485密度/（kg//m3）994.390定壓比熱容/[[kj/（kg?k）]4.1743.297粘度/（Pa??s）0.742×1.5×熱導(dǎo)率（W/mm?k）0.6240.0279普朗特?cái)?shù)4.961.773設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/㎜1400臺(tái)數(shù)1管徑/㎜Φ25×2.5管心距/㎜32管長(zhǎng)/㎜7000管子排列△管數(shù)目/根1224折流板數(shù)/個(gè)14傳熱面積/㎡673折流板間距/㎜㎜450管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/ss）1.3064.9表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)//[W/（㎡㎡?k）]5887925.5污垢熱阻/（㎡㎡?k/W）0.00060.0004阻力/MPaa0.0432550.119熱流量/KW10417傳熱溫差/K48.3傳熱系數(shù)/[WW/（㎡?K）]400裕度/%24.99%參考文獻(xiàn)TC"七．參參考文獻(xiàn)""\fC\ll"