列管式換熱器的設(shè)計(jì)-浮頭式換熱器講解

#因管壁很薄，且管壁阻力很小，口管壁溫度可用Tt-m+-maat=i-n0-——+——aai0計(jì)算，按最不利情況考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫，于是t=0.4x4010.6x5=25℃mT1T=-1140+40)=90℃=485.15w/m2=485.15w/m2-ka=4034.708w/m2-ki因此，傳熱平均壁溫9025+4034.89485.159025+4034.89485.15=31.98℃+4034.89485.1590℃90℃殼體的壁溫和傳熱平均壁溫之差為9031.98=9031.98=58.02℃該溫差較大，口所需溫度補(bǔ)償裝置。5.2核算壓力降因?yàn)闅こ毯凸艹潭加袎毫档囊?，所以要?duì)殼程和管程的壓力降分別進(jìn)行核算。5.2.1管程壓力降管程壓力降的計(jì)算公式為：￡Apt=(Ap+Ap)NNFtApi-單程直管阻力?局部阻力Ns殼程數(shù)Np?管程數(shù)FtApi-單程直管阻力?局部阻力Ns殼程數(shù)Np?管程數(shù)Ft?管程阻力結(jié)垢校正系數(shù)1.4Pt?管程總阻力Pt?管程總阻力Rei二0.02Rei二0.02x0.855x995.70.801x10-3二21185可知管內(nèi)流體為湍流。取管壁粗糙度己=0.1mm,□□□□□□d"i察=0.005查九一Re關(guān)聯(lián)圖得摩擦因數(shù)入=0.0315所以lPU2=0.0315x-6-x995.7x0，8552=3436pa0.02lPU2二1091pappu2c995.7x0.8552二1091pa=3=3xSAp=(Ap+Ap)NNFtFt=(3436+1091)x1x4x1.4二21513.9Pa<35kpa5.2.2殼程壓力降由于殼程流體的流動(dòng)狀況比較地復(fù)雜，所以計(jì)算殼程流體壓力降的表達(dá)式有很多，計(jì)算結(jié)果也相差很大。下面以埃索法計(jì)算殼程壓力降：SAp=(Ap+Ap)FsNsApJ—流體橫口管束的壓力降，Pa；Ap——流體通過折流擋板缺口的壓力降，2Pa；Fs——?dú)こ虊毫档墓笇有Ｕ禂?shù)，無因次，對(duì)于液體取1.15,對(duì)于氣體取1.0；Ns——?dú)こ虜?shù)；ApAp=Ffn(N+1)pu2——0—2N(3.5-2)Pu02

bD2F——管子排列方法對(duì)壓力降的校正系數(shù)，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn)45o排列，F(xiàn)=0.4,fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re口500時(shí)，fo=5(Re)-0.228F——管子排列方法對(duì)壓力降的校正系數(shù)，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn)45o排列，F(xiàn)=0.4,fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re口500時(shí)，fo=5(Re)-0.228

on——橫過管束中心線的管子數(shù)cn=1.19vncNB——折流擋板數(shù)h——折流擋板間距，D——口徑，do——換熱器外徑，u——按殼程流通截面積0S計(jì)算的流速，而A=h(D-nd)=0.026m2

c0傳熱管長□□□□□-1=39代入數(shù)值得：6000A=h(D-nd)=0.15(0.4-9x0.025)=0.026m2

c06000=0.0673600x950x0.026「dup0.025義0.067義950Re二—0—0—二0日0.000742二2159f=-5-=5=0.86120Re0.2282240.560.228"二F0n(%+1)券=0.4口0.86⑵914伽95伽0.0672二266.7Pa22hpu22義0.15=N(3.5——)『二39叫3.5)□bD20.4950x0.0722=228.68PaZAp=(Ap+Ap)FsNs=1.15口1DDs12266.7+228.68)=569Pa<35kpa經(jīng)過以上的核算，管程壓力降和殼程壓力降都符合要求。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表參數(shù)管程殼程進(jìn)、出口溫度，口20/40140/40流量，kg/h162506000物性物性溫度，口3090密度，kg/m3995.7950定壓比熱容，kJ/（kg?口）4.1742.261粘度，mpa?s0.8010.742熱導(dǎo)率，W/m?k0.6180.172普朗特常數(shù)5.3759.754結(jié)構(gòu)參數(shù)型式浮頭換熱器殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑，mm400臺(tái)數(shù)1口徑，mmG25義2.5管心距，mm32管長，m6管子排列方式正方形斜轉(zhuǎn)45。管子總數(shù)680000,039公口傳熱面積，m231.6折流板間距，mm150管程數(shù)400000圓缺型主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速，m/s0.8550.134DODO,m2?k/W0.000580.00018傳熱膜系數(shù)w/m2?k4040485.15阻力損失Mpa21.5130.569熱負(fù)荷，KW376.83傳熱溫差，口44.7傳熱系數(shù)，W/m2?k324裕度/%17.7

符號(hào)說明英文字母物理意義□□□□□□□□B圓缺高度mRe雷諾數(shù)d口徑mS傳熱面積m2D口徑mt□□□□□，管心距f摩擦系數(shù)T□□□□□□F系數(shù)u流速m/sh□□□□□ms質(zhì)量流量kg/hk□□□□□a□□□□□□L管長A有限差值m程數(shù)八熱導(dǎo)系數(shù)w/mkn□□,□□n粘度pa?sNB折流板數(shù)P密度kg/m3Nn□□□□□①校正系數(shù)P壓力i管內(nèi)Pr□□□□□o管外N程數(shù)，管數(shù)s污垢q流通量w/m2Cp比熱容kJ/（kg?口）Q傳熱速率wr半徑mR熱阻m2?口/W設(shè)計(jì)評(píng)述，它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器并占有十分重要的地位。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。列管式換熱器是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，口作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，，它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備管束兩端固定在管板上。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。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，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。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管口；口通過殼體一次稱為一個(gè)殼口。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。進(jìn)行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：口不潔凈和易結(jié)垢流體宜口管程，因管內(nèi)清洗較方便；口腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時(shí)受腐蝕；③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān)，且冷凝液容易排出；⑤若兩流體溫度差較大選用固定管板式換熱器時(shí)，宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程，以減小熱應(yīng)力。通過此次設(shè)計(jì)，了解了很多關(guān)于換熱器的知識(shí)，如換熱器的選型，換熱器結(jié)構(gòu)和尺寸的確定，以及計(jì)算換熱器的傳熱面積和流體阻力等等。最最重要的是我深刻認(rèn)知做設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要非常小心，因?yàn)橐徊涣羯窬蜁?huì)出錯(cuò)，如果前面錯(cuò)了沒發(fā)現(xiàn)，后面就全口。這是設(shè)計(jì)中的禁忌。設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，必須要付出努力才可以。為此，也要感謝老師及同學(xué)的互相幫助。參考資料教材口誠敬劉國維李阿娜主編?！痘ぴ碚n程設(shè)計(jì)》，天津科學(xué)技術(shù)出版社200