管壳式换热器传热计算示例(终 ) - 用于合并.doc

1、 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、2.5 Mp2)定性温度及物性参数：冷却水的定性温度 t2=( t1+ t 1)/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=727.5106 Pas；冷却水的普朗特数查物性表得 Pr2=4.865；过冷水的定性温度 ； 1=(11)=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 ；

3、=2.312过冷水的粘度 1=0.3704106 Pas。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：0=11(11)10003600=800004.174(50-20)10003600=2727013 过冷却水流量：；2= 0 2(22)= 36007513334.1871000(4030)=93676 / 4)有效平均温差逆流平均温差：=(12)(12)1212=(9050)(6520)90506530=42.45 根据式（3-20）计算参数 p、 R:参数 P：=2212=502090-20=0.429参数 R：=1122

4、=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： =0.9242.45=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：m2；0=00=75133340040.2=169.59选用 252.5 无缝钢管作换热管；管子外径 d0=0.025 m；管子内径 di=0.025-20.0025=0.02 m；管子长度取为 l=3 m；管子总数： 取 720 根=00= 169.590.0253=720管程流通截面积：m2=242=352240.022=0.11309管程流速：m/s2=2

5、223600= 936769760.113093600=0.23575管程雷诺数：湍流2= 222 =9760.235750.02370.4106 =12423104管程传热系数：（式 3-33c）2=3605(1+0.0152)20.8(100)0.2 =3605(1+0.01577.5)0.235750.8(1000.02)0.2 =1186/(2)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 4.3.1.1 所给的公式确定： =1.1=1.1720=29取 20 根；壳体内径： =(1)+40=0.03228+4

6、0.025m 取 Di=0.7m； =0.9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： =0.2=0.20.9=0.18折流板间距： m=/3=0.9/3=0.3折流板数量： =1=(3/0.9)1=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 0.6955m 7）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m2046.320516.2301oic1 sdBDA壳程流速：m/s；1=1/3600 11=120003600992.90.046=0.0.4865

7、壳程质量流速：kg m2/s；1= 11=992.90.4865=483.05壳程当量直径：m；=2020 =0.927200.02527200.025=0.02壳程雷诺数：；2= 222 =992.90.48650.02370.4106 =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 Pa.s 1=0.549103粘度修正系数：1=(11)0.14=(0.37040.549103)0.14=0.9206布管示意图根据式（3-62）计算壳程换热系数：1=113=0

8、.6240.03072.312130.932420=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：= 111+1+20+120= 11758+0.000344+0.000344(0.0250.02)+ 13407.5(0.0250.02)=4602传热系数比值 ，合理0=460400=1.159）管壁温度计算：管外壁热流密度：/m 2.0=00= 27270137200.0253=16074根据式(3-94a)计算管外壁温度：1=11(11+1)=77.516074(1758+0.000344)=43.03误差较核：，误差不大； 11=5

9、050.54=0.5410）管程压降计算：根据式(3-94b) 计算管内壁温度： ； 2=2+10(12+2)=35+160740.0250.02( 11186+0.000344)=58.8壁温下水的粘度： Pas；2=486106粘度修正系数：； 2=(22)0.14=(727.7106486106)0.14=1.05查图 3-30 得管程摩擦系数： 2=0.0078管程数 ： ；=2管内沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （ W=w.）=(222)()(22)=(0.23575976)22976340.020.0781.058=599.8回弯压降：Pa；=22224=(0.235759

10、76)2297624=216取进出口管处质量流速： WN2=1750 /s； (依据 w 23300 取 w=1.822m/s)进出口管处压降(依据 3-113)：；2=22221.5=1750229761.5=2353.4管程结垢校正系数： ； 2=1管程压降： 2=(+)2+2=(599.8+216)1+2310.7=3452.82 11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；=202+0=0.927200.02520.9+7200.025=0.019雷诺数：；1=11=483.080.190.7275103=12616查得壳程摩擦系数： 1=0.08；(图 3-34)管束压降（公式 3-129

11、）：Pa； =1221(+1) 11=483.0822992.90.9100.019 0.080.9206=4837取进出口质量流速： kg/m2s；( w 22200 取 WN2=1000 /s)1=1000进出口管压降：Pa；1=12211.5=100022992.91.5=335.7取导流板阻力系数： ;=5导流板压降：Pa=1221=100022992.95=2517.87壳程结垢修正系数： ；(表 3-12)=1.38壳程压降：a；=0+1=48371+2517.9+335.7=7690.7管程允许压降： P2=35000 Pa；（见表 3-10）壳程允许压降： P1=35000 P

12、a； P2 P2 P1 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，选定材料并进行强度校核。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，其主要优点是布管紧密。2）管子和传热面积采用 252.5 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：=0=0.0253720=16923）管子排列

13、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）壳体壳体内径： ；材质 Q235 A 钢； =700壳体厚度（式 6-1）：=2+tw100=1245.88=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)= 11.270021245.880.711.2+2=2.482 实取 =6 5)管板根据表 5-8 查取 =0.750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：n

14、B=12 块；板厚： （ 依据 表 4-12）;=5 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 5-10）8)封头 根据压力容器设计规范采用材质为 Q235 的标准形状椭圆封头。在满足强度要求条件下，取壁厚 ；曲面高度：=8 1=4=+4 =700+84 =177 D 为封头的平均直径；直边高度， 。0=25 9）进、出管（a）管程进、出口管w 23300 取 取 WN2=1750 /s，得进、出口流通面积为：2= 2360022= 9367636001750=0.01487 2进出口管道直径：2= 42= 40.01487=0.138 取用： 1144mm 的热轧钢管或水输送管。(b)壳程进、出口管：w 22200 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：1= 1360011= 8000036001000=0.002222管程进出口管径为：1= 41= 40.00222 =0.1682 取用 703mm 的热轧钢管或水输送管10）其它：容器法兰和进、出口法兰及底座均可根据设计规范取用或计算，热补偿计算参照本章5-5 节进行；