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1、列管式换热器的设计计算2.4 列管换热器设计示例 某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140冷却至40，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30，出口温度为40。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 1确定设计方案 选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40冷流体(循环水)进口温度30，出口温度40。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢，为便于
2、水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/。 2确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为() 管程流体的定性温度为() 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90下的有关物性数据如下： 密度 o=825 kg/m3 定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg) 导热系数 o=0.140 W/(m) 粘度 o=0.000715 Pas 循环冷却水在35下的物性数据： 密度 i=994 kg/m3 定压比热容 cpi=4.08 kJ/(kg) 导热系数 i=0.626 W/(m) 粘度 i=0.000
3、725 Pas 3计算总传热系数 热流量 Qo=Wocpoto=60002.22(140-40)=1.32106kJ/h=366.7(kW) 平均传热温差 () 冷却水用量 (kg/h) 总传热系数K 管程传热系数 W/(m) 壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=290 W/(m)； 污垢热阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W 管壁的导热系数=45 W/(m) 2=219.5 W/(m) 4计算传热面积 (m2) 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.1542.8=49.2(m2)。 5工艺结构尺寸 管径和管内流速 选用252.5传热管(碳钢)，取管
4、内流速ui=0.5m/s。 管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算，所需的传热管长度为(m) 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为(管程) 传热管总根数 N=582=116(根) 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 第2章 换热器设计 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得t=0.82 平均传热温差tm=ttm=0.8239=32() 传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方
5、形排列。取管心距t=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532(mm) 横过管束中心线的管数壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为 (mm) 圆整可取D450mm 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25450112.5(mm)，故可取h110 mm。 取折流板间距B0.3D，则B0.3450135(mm)，可取B为150。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块) 折流板圆缺面水平装配。 接管 壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 (根) 取标准
6、管径为50 mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 6换热器核算 热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 (m) 壳程流通截面积 (m) 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 W/(m2) 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 (m2) 普兰特准数 W/(m2) 传热系数K =310.2 W/(m) 传热面积S (m2) 该换热器的实际传热面积Sp ( m) 该换热器的面积裕度为 2传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 换热器内流体的流动阻力 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNp Ns=1, Np=2, Ft=1.5 由Re13628，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.037 W/m， 流速ui0.497 m/s，994 kg/m3，所以 管程流动阻力在允许范围之内。 壳程阻力 Po=(P1+P2)FtNs Nsl，Ftl 流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力Po1202636.21838.2(Pa)10 kPa 壳程流动阻力也比较适宜。 换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-13。
