換熱器計算步驟

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第2章工藝計算

2.1設(shè)計原始數(shù)據(jù)

表2—1

名稱單位殼側(cè)管側(cè)設(shè)計壓力Mpa7.2228設(shè)計溫度℃420/295310/330介質(zhì)/蒸汽、水水流量Kg/h60000容器類別/III設(shè)計規(guī)范/GB150GB150

2.2管殼式換熱器傳熱設(shè)計基本步驟

（1）了解換熱流體的物理化學(xué)性質(zhì)和腐蝕性能

（2）由熱平衡計算的傳熱量的大小，并確定其次種換熱流體的用量。（3）確定流體進入的空間

（4）計算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)

（5）計算有效平均溫度差，一般先按逆流計算，然后再校核（6）選取管徑和管內(nèi)流速

（7）計算傳熱系數(shù)，包括管程和殼程的對流傳熱系數(shù)，由于殼程對流傳熱系數(shù)與殼徑、管束等結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，一般先假定一個殼程傳熱系數(shù)，以計算K，然后再校核（8）初估傳熱面積，考慮安全因素和初估性質(zhì)，常采用實際傳熱面積為計算傳熱面積值的1.15~1.25倍（9）選取管長l0（10）計算管數(shù)NT

（11）校核管內(nèi)流速，確定管程數(shù)

（12）畫出排管圖，確定殼徑Di和殼程擋板形式及數(shù)量等（13）校核殼程對流傳熱系數(shù)（14）校核平均溫度差（15）校核傳熱面積

（16）計算流體滾動阻力。若阻力超過允許值，則需調(diào)整設(shè)計。

第2章工藝計算

2.3確定物性數(shù)據(jù)2.3.1定性溫度

由《飽和水蒸氣表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃狀況下為蒸汽，所以在不考慮開工溫度、壓力不穩(wěn)定的狀況下，殼程物料應(yīng)為蒸汽，故殼程不存在相變。

對于殼程不存在相變，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。其殼程混合氣體的平均溫度為：

420?295?357.5℃（2-1）2t=

管程流體的定性溫度：

310?330?320℃2T=

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)。

2.3.2物性參數(shù)

管程水在320℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：

表2—2

密度定壓比熱容熱導(dǎo)率粘度普朗特數(shù)

ρi-=709.7cpi=5.495λi=0.5507μi=85.49Pr=0.853㎏/m3kJ/㎏.KW/m.℃μPa.s殼程蒸氣在357.5下的物性數(shù)據(jù)[1]：

表2—3

密度ρo=28.8cpo=3.033λo=0.0606μo=22.45Pr=1.122㎏/mkJ/㎏.KW/m.℃μPa.s3定壓比熱容熱導(dǎo)率粘度普朗特數(shù)

2.4估算傳熱面積2.4.1熱流量

根據(jù)公式（2-1）計算：

Q?Wcp?t（2-2）

將已知數(shù)據(jù)代入（2-1）得：

=60000×5.495×103(330-310)/3600=1831666.67WQ?WC1p1?t1

式中：W1——工藝流體的流量，kg/h；

Cp1——工藝流體的定壓比熱容，kJ/㎏.K；

?t1——工藝流體的溫差，℃；

Q——熱流量，W。

2.4.2平均傳熱溫差

根據(jù)化工原理4-45公式（2-2）計算：

?t1??t2（2-3）?t1ln?t2?tm?按逆流計算將已知數(shù)據(jù)代入（2-3）得：

?tm??t1??t2?420?330???310?295???41.86℃

?t1420?330??lnln?t2?310?295?第2章工藝計算

式中：?tm——逆流的對數(shù)平均溫差，℃；

?t1——熱流體進出口溫差，℃；?t2——冷流體進出口溫差，℃；

可按圖2-1中（b）所示進行計算。

圖2-1列管式換熱器內(nèi)流型

2.4.3傳熱面積

根據(jù)所給條件選定一個較為適合的K值，假設(shè)K=400W/m2.K則估算傳熱面積為:

S?Q（化工原理式4-43）（2-4）K?tm將已知數(shù)據(jù)代入（2-3）得：S?式中：S——估算的傳熱面積，m2；

Q1831666.67?109.39m2

K?tm400?41.86K——假設(shè)傳熱系數(shù)，W/m2.℃；

?tm——平均傳熱溫差，℃。

考慮的面積裕度，則所需傳熱面積為:

S'?S?1.15?112.88?1.15?125.8m2（2-5）

2.4.4熱流體用量

根據(jù)公式（2-4）計算：由化工原理熱平衡公式W?Qcp?t將已知數(shù)據(jù)代入（2-4）得：W2?Q1831666.67??17392.68Cp2?t23.033?(420?295)kg/h（2-6）

式中Q——熱流量，W；

cp2——定壓比熱容，kJ/㎏℃；

?t2——熱流體的溫差，℃；W2——熱流體的質(zhì)量流量，kg/h。

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2.5工藝尺寸2.5.1管數(shù)和管長

1.管徑和管內(nèi)流速

根據(jù)紅書表3-2換熱管規(guī)格

表2-4

材料鋼管標(biāo)準(zhǔn)外徑?厚度/（mm?mm）碳鋼

根據(jù)紅書表3-4取管內(nèi)流速ui?1m/s⒉管程數(shù)和傳熱管數(shù)依紅書3-9式n?GB816325?2.5?0.20外徑偏差/mm壁厚偏差?12%?10%q?v2，可根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單管程傳熱管數(shù)