管壳式换热器传热计算示例终-用于合并.docx

管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水过冷水的热量交换设计压力为管程1.5MPa表压，壳程压力为0.75MPa表压，壳程冷却水进,出口温度分别为20和50，管程过冷水进，出口温度分别为90和65管程冷水的流量为80t/h。2、 设计计算过程：1热力计算1)原始数据：过冷却水进口温度t1=145；过冷却水出口温度t1=45；过冷却水工作压力P1=0.75Mpa表压冷水流量G1=80000kg/h；冷却水进口温度t2=20；冷却水出口温度t2=50；冷却水工作压力P2=0.3 Mpa表压。改为 冷却水工作压力P2=2.5 Mp2)定性温度与物性参数：冷却水的定性温度t2=( t1+ t1)/2=(20+50)/2=35；冷却水的密度查物性表得2=992.9 kg/m3；冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg.冷却水的导热系数查物性表得2=62.4 W/m.冷却水的粘度2=727.5×106 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得Pr2=4.865；过冷水的定性温度t1=(t1t1'')=77.5；过冷水的密度查物性表得1=976 kg/m3；过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.；过冷水的导热系数查物性表得1=0.672w/m.；过冷水的普朗特数查物性表得Pr2=2.312；过冷水的粘度1=0.3704×106 Pa·s。过冷水的工作压力 P1=1.5 Mpa表压3)传热量与水热流量取定换热器热效率为=0.98；设计传热量：Q0=G1·Cp1·t1t1''×10003600=80000×4.174×5020×10003600=2727013 W过冷却水流量：G2=Q0Cp 2·t2''t2'=3600×7513334.187×1000×(4030)=93676 t/ ；4)有效平均温差逆流平均温差：tcount=t1't2''t1''t2'lnt1't2''t1''t2'=9050(6520)ln90506530=42.45 根据式3-20计算参数p、R:参数P：P=t2''t2't1't2'=50209020=0.429参数R：R=t1't1''t2''t2'=90655020=0.833换热器按单壳程2管程设计，查图38得温差校正系数=0.83；有效平均温差：tm=tN=0.92×42.45=40.2 5)管程换热系数计算：附录10，初定传热系数K0=400 W/m.；初选传热面积：A0=Q0K0·tm=751333400×40.2=169.59 m2；选用25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025m；管子径di=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；管子总数：n=A0·d0·l=169.59×0.025×3=720取720根管程流通截面积：At=nt2·4·di2=3522·4·0.022=0.11309m2管程流速：w2=G2 2·a2×3600=93676976×0.11309×3600=0.23575m/s管程雷诺数：Re2= 2·w2·d2=976×0.23575×0.02370.4×106=12423104 湍流管程传热系数：式3-33c2=3605·(1+0.015t2)w20.8(100di)0.2=3605(1+0.015×77.5)×0.235750.8(100×0.02)0.2=1186W/(m2°C)6)结构初步设计：布管方式见图所示:管间距s=0.032m按GB151,取1.25d0；管束中心排管的管数按所给的公式确定：Nc=1.1Nt=1.1·720=29取20根；壳体径：Di=sNc1+4d0 =0.032×28+4×0.025=0.9m 取Di=0.7m；布管示意图长径比：l/Di=3/0.9=3.3 ，合理选定弓形折流板弓形折流板弓高： h=0.2Di=0.2×0.9=0.18m折流板间距： B=Di/3=0.9/3=0.3m折流板数量： nB=lB1=3/0.91=12折流板上管孔直径由GB151-2014可确定为 0.0254mm折流板直径由GB151-2014可确定为 0.6955m7壳程换热系数计算壳程流通面积：根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积m2壳程流速：w1=G1/3600 1·f1=120003600992.9×0.046=0.0.4865m/s；壳程质量流速：W1= 1·w1=992.9×0.4865=483.05kg m2/s；壳程当量直径：De=Di2Nt·d02Nt·d0=0.92720×0.0252720×0.025=0.02m；壳程雷诺数：Re2= 2·w2·d2=992.9×0.4865×0.02370.4×106=26082；切去弓形面积所占比例按 h/Di=0.2查图4-32得为0.145壳程传热因子查 图3-24得为js=20管外壁温度假定值tw1=45壁温过冷水粘度w1=0.549×103 Pa.s 粘度修正系数：1=1w10.14=0.3704×0.5491030.14=0.9206根据式3-62计算壳程换热系数：1=1de·pr13··js=0.6240.0307×2.31213×0.9324×20=7588传热系数计算：水侧污垢热阻：r2=0.000344m2./w管壁热阻r忽略总传热系数：Kj=111+r1+r2d0di+12d0di=11758+0.000344+0.0003440.0250.02+13407.50.0250.02=460Wm2传热系数比值KjK0=460400=1.15，合理9管壁温度计算：管外壁热流密度：q0=Q0Ntd0l=2727013720××0.025×3=16074/m2.根据式(3-94a)计算管外壁温度：tw1=t1q111+r1=77.5160741758+0.000344=43.03误差较核： tw1tw1'=5050.54=0.54，误差不大；10管程压降计算：根据式(3-94b)计算管壁温度：tw2=t2+q1d0di12+r2=35+160740.0250.0211186+0.000344=58.8；壁温下水的粘度：w2=486×106Pa·s；粘度修正系数： 2=2w20.14=727.7×106486×1060.14=1.05；查图3-30得管程摩擦系数：2=0.0078管程数：Nt=2；管沿程压降计算依据式3-112：pi=W222l·Ntdn22=(0.23575×976)22×976·3×40.02·0.0781.058=599.8Pa W=w.回弯压降：pb=W2222·4·n=(0.23575×976)22×976·2·4=216Pa；取进出口管处质量流速：WN2=1750 /·s； (依据w2<3300取 w=1.822m/s)进出口管处压降(依据 3-113)：pn2=Wn2222×1.5=175022×976×1.5=2353.4；管程结垢校正系数：d2=1；管程压降：p2=pi+pbd2+pN2=599.8+216×1+2310.7=3452.82 Pa11壳程压降计算：壳程当量直径：de=Di2Nt·d02Di+Nt·d0=0.92720×0.02520.9+720×0.025=0.019m；雷诺数：Re1=W1de1=483.08×0.190.7275×103=12616；查得壳程摩擦系数：1=0.08；(图 3-34)管束压降公式3-129：pi=W1221·Di(nb+1)de·11=483.0822×992.9·0.9×100.019·0.080.9206=4837Pa；取进出口质量流速：WN1=1000 kg/m2·s；( w2<2200 取WN2=1000 /·s)进出口管压降：pN1=WN1221·1.5=100022×992.9×1.5=335.7Pa；取导流板阻力系数：d=5;导流板压降：pd=WN1221·p=100022×992.9×5=2517.87Pa壳程结垢修正系数：d=1.38；(表3-12)壳程压降：pl=p0d+pd+pN1=4837×1+2517.9+335.7=7690.7a；管程允许压降：P2=35000 Pa；见表3-10壳程允许压降：P1=35000Pa；P2<P2P1<P1即压降符合要求。2结构设计以下数据根据BG150-2011结构设计的任务是根据热力计算所决定的初步结构数据，进一步设计全部结构尺寸，选定材料并进展强度校核。最后绘成图纸，现简要综述如下：1换热器流程设计采用壳方单程，管方两程的1-4型换热器。由于换热器尺寸不太大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用，管程分程隔板采取上图中的丁字型结构，其主要优点是布管严密。2管子和传热面积采用 25×2.5的无缝钢管，材质20号钢，长3m，管长和管径都是换热器的标准管子尺寸。管子总数为352根，其传热面积为：F=d0LNt=×0.025×3×720=169m23管子排列方式上图十字形走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题。共有356个管孔，其中4个为装设拉杆用。4壳体壳体径：Ds=700mm；材质Q235 A钢； 壳体厚度式6-1：=pDs2tp+ct=1245.88 tw<100 =0.7C=2mm(厚度附加量见GB150)P=1.2p1(p为设计压力要大于工作压力)=1×1.2×7002×1245.88×0.71×1.2+2=2.482 mm实取s=6 mm5)管板根据表5-8查取 min=0.75d0mm管板上开孔数与孔间距与管排列应一致。6折流板因为无相变，采用通用的弓形折流板。Q235 A钢板。拱高：h=140mm;板间距：B=230mm；板数：nB=12块；板厚：B=5 mm 依据表4-12;卧式布置，水平切口流动方向。7拉杆选取Q235 A钢，12，共8根依据表5-108)封头 根据压力容器设计规采用材质为Q235的标准形状椭圆封头。在满足强度要求条件下，取壁厚=B=8 mm；曲面高度：1=D4=Ds+4=700+84=177 mmD为封头的平均直径；直边高度，0=25 mm。9进、出管a管程进、出口管w2<3300取取WN2=1750 /·s，得进、出口流通面积为：aN2=G23600wN22=936763600×1750=0.01487 m2进出口管道直径：DN2=4aN2=4×0.01487=0.138 m取用：114×4mm的热轧钢管或水输送管。(b)壳程进、出口管：w2<2200取取壳程浸出口管处质量流速WN2=1000 /·s，得进、出口流通面积为：aN1=G13600wN11=800003600×1000=0.00222m2管程进出口管径为：DN1=4aN1=4×0.00222 =0.1682 m取用70×3mm的热轧钢管或水输送管10其它：容器法兰和进、出口法兰与底座均可根据设计规取用或计算，热补偿计算参照本章5-5节进展；