管壳式热交换器设计全解2

热交换器原理课程设计管壳式换热器的选型设计内容1、工艺设计：通过物料衡算和热量衡算，确定传热系数K传热面积A，管子长度及数量，管板的布置及流体的流向。2、结构设计：壳体壁厚的确定，管子及其与管板的连接、各流体进、出口的结构设计，温差的影响，各部位的焊接结构。三、管壳式换热器的选用1、分析了解设计任务，掌握各项参数及工艺特点①物料的进、出口温度及操作压力②物料的物性参数③物料的物理化学性质及耐腐蚀性2、确定选择换热器的型式，确定流体流动空间3、设计计算①根据物料进、出口的温度，计算对数平均温差②根据物料的物性参数，确定α1，α2，λ，R1，R2计算总传热系数K③计算热负荷④确定传热面积A，确定管径管数⑴确定流动路径，根据任务计算传热负荷，确定流体进、出的温度，选定换热器形式，计算定性温度，查取物性，计算平均温差，根据温度校正系数不小于0.8的原则，确定壳程数。⑵依据总传热系数经验值范围，或按生产实际选定总传热系数K估值，估算传热面积A估。选定换热器的基本尺寸，如管径、管长、管数及排列等；若选用，在标准中选择换热器型号。⑶计算管程和壳程的压降，根据初选设备规格，计算管、壳程流体压降，检查结果是否满足工艺要求，若压降不合要求，要调整流速，再确定管程数或挡板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压降至满足要求。(二)列管换热器的选用和设计的步骤⑷计算总传热系数，核算传热面积，计算管、壳程的换热系数α1和α2，确定污垢热阻Rs1和Rs2,计算总传热系数K计，并计算传热面积A计，比较K估和K计，若K估/K计=1.15～1.25，则初选的设备合适，否则需另设K估值，重复以上步骤。生产任务进出口温度型式流径定性温度物性参数平均温差壳程数Ψ≥0.8Q初选K选A管方尺寸壳方尺寸选择规格计算压降合理NO液体10～00KPa气体1～10KPayes计算αsαt计算RsRtK计/K选＝1.15～1.25设计选型合格yesENDNOK计一.设计任务书1.已知热流体热量，温度、，冷却介质温度2.确定换热面积及选定换热器3.选用一台合适的离心泵1t1mq1T2T实例qm1T1qm1T2t1t2二.设计步骤1.求出换热器的热流量2.作出适当的选择并计算mt3.根据经验估计传热系数，计算传热面积估KA4.计算冷、热流体与管壁的5.压降校核6.计算传热系数，校核传热面积7.选用一台合适的离心泵三.设计结果•换热器的型号•离心泵的型号•流程安排Ⅰ.求出换热器的热流量根据已知条件、、、、，求2111TTCqQpm1T2T2Cp1Cp1mqQ实例Ⅱ.作出适当的选择并计算mt①流向的选择②确定冷却介质出口温度，求对数平均推动力③对进行修正2t22112211lntTtTtTtTtm逆逆mt2121ttTTR1212tTttP查图得到逆mmtt一般逆流优于并流实例Ⅲ.根据经验估计传热系数，计算传热面积估KA逆估估mmtAKTTCpq2111根据初选换热器估A实例Ⅳ.计算冷、热流体与管壁的①确定冷、热流体走管程或壳程②确定管内流速③根据所选换热管确定管子的排列目前我国国标采用和mmmm5.225mmmm219管长有1.5、2、3、4.5、6、9mlPiviNndqu2785.0nPN核定管壳式换热器内常用流速范围管程数管子数④折流挡板安装折流挡板的目的是为了提高管外对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度国标挡板间距：取壳体内径的20%和25%固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm浮头式：100、150、200、250、300、350、450（或480）、600mm⑤管程换热系数i1000Re4.0~3.08.0023.0CpuddiiiinNdqPivi2785.08.0PiN若，则改变管程数重新计算或重新估计估Ki估K物性系数在定性温度下求得14.0m实例⑥壳程给热系数2000Re36.00ed55.0Re31Pr14.0w2000~10Re5.00ed507.0Re31Pr14.0w若太小，则可减少挡板间距0实例Ⅴ.压降校核①管程阻力校核23iPttuNfdlP:PN:tf3PtNP允PPt管程数管程结垢校正系数，对三角形排列取1.5，正方形排列取1.4改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面的损失必须调整管程数目重新计算实例②壳程阻力损失允PPs225.31200ufDBNNNFfPsBBTCs可增大挡板间距:0u:BN:TCN:B:D:F:0f折流板数目横过管束中心线的管子数折流板间距壳体内径按壳程流动面积计算所得的壳程流速00dNDBATC管子排列形式对压降的校正系数壳程流体摩擦系数实例Ⅵ.计算传热系数校核传热面积根据流体的性质选择适当的垢层热阻R0111RKi估mtKQA计ldNAT020.1~10.1计AA否则重新估计，重复以上计算估K实例冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出口温度C453CaCO3MgCOoptt2Ctm10根据一般经验过程要有一定的推动力，冷却介质若是工业用水，含有、等盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类析出，形成垢层，工业冷却水出口温度应小于若根据、在图上找不到相应的点，表明此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流动方式。若，经济上不太合理，且操作温度变化时，可能使急剧下降，影响操作的稳定性，应改为其他流动方式。PR8.0原则：①不洁净和易结垢的液体宜在管程②腐蚀性流体宜在管程③压强高的流体宜在管内④饱和蒸汽宜走壳程⑤被冷却的流体宜走壳程⑥若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程⑦流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜流体种类流速管程壳程一般流体0.5~30.2~1.5易结垢流体10.5气体5~303~15列管式换热器内常用的流速范围液体粘度最大流速15000.61500~5000.75500~1001.1100~351.535~11.812.4sm3102mSNsm不同粘度液体的流速较大给热效果较差管外清洗方便大.a.b.c14.0w95.005.1114.0高粘度液体被冷却高粘度液体被加热低粘度0Reude020244ddlde02024234ddldeAVu0ldBDA01l0dBD对正方形对正三角形为相邻两管的中心距，为管外径，两块挡板间距离，为壳体直径流体污垢热阻流体污垢热阻水溶剂蒸汽0.14蒸馏水0.09水蒸气海水0.09优质（不含油）0.052清净的河水0.21劣质（不含油）0.09未处理的凉水塔用水0.58往复机排出0.176已处理的凉水塔用水0.26液体已处理的锅炉用水0.26处理过的盐水0.264硬水、井水0.58有机物0.176气体燃料油1.056空气0.26~0.53焦油1.7612/kWKmRR12/kWKmCtsm50,1常见流体的污垢热阻hrkcal/1054.95初选换热器2111TTCpqQm607853.0101003选冷凝水出口温度定性温度Ct402Ctm252104031119976.9026078.0179.4mkgsPaKmWCkgkJCp计算mt据此定性温度，查表得水的物性数据CtTtTtTtTtm7.4310604078ln10604078ln12211221逆6.0103660781221ttTTR441.0107810361112tTttP97.0初拟定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。由图查得修正系数。参照表，初步估计，传热面积254.377.4397.070036008.41861054.9mtKQAm逆估估CmWK2700估由换热器系列标准，初选型换热器IES225/5.4436.1500B外壳直径D/mm500管程数Np2管长l/m4.5公称压强P/Mpa1.6管子排列方式正方形管数NT124公称面积A/m243管子尺寸/mmΦ25×2.5管中心距t/mm32根据经验估计传热系数，计算传热面积估KA管程流动面积管内冷却水流速管程给热系数22210195.0212402.0785.04mNNdAPT4611122512221004.1106.90299746.002.0Re46.00195.0997360031860360086.31104041798.41861054.9imimdismAquhrTttCpQqiCmWidii24.08.02317PrRe023.0管程给热系数计算壳程给热系数计算2.83600/8.418614.0106.08.418653.0Pr1070.5106.099727.1027.0Re027.0025.014.3025.0785.0032.044427.19970219.036001010036000219.0032.0025.015.02.013432200222020232220202CpdeumddtdesmAqumtdBDAm壳程中有机物被冷却，取95.014.0WCmWdeW214.03155.001717PrRe36.0att0.1允许值，可行PauNfdliPtt3544232取管壁粗糙度，查图得管程压降mm15.00075.0/d04.0管程压降的校核取折流挡板间距，因系正方形排列，管束中心线管数壳程流动面积因故46.01045.35Re5228.04228.00f500Re043000322202021045.3106.099783.0025.0Re83.00337.099736001010036000337.0025.03.135.02.0udsmAqumdNDBAmTC3.1312419.119.15.05.0TTCNNmB2.0壳程压降校核管子排列为正方形，斜转安装，取校正系数取垢层校正系数挡板数壳程压降ats0.1kPaufDBNNNFfsBBTCs7.45225.312002212.05.41BlNB15.1sf4.0F，可行查表，取，根据所选换热器WCmRi200021.0WCmR2000018.02522.387.4397.036006858.41861054.96851717100018.0450025.000021.0231711mtKQACmWKm计计15.12.388.43计AAIES225/5.4436.1500B传热面积校核208.435.4025.014.3124mldNAT符合要求型换热器适合∴∴热流体冷流体传热系数水轻油重油气体水蒸气冷凝水蒸气冷凝水蒸气冷凝水蒸气冷凝水