管壳式换热器传热计算示例(终 ) - 用于合并.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 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)定性温度及物性参数：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； 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；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：过冷却水流量：；4)有效平均温差逆流平均温差：根据式（3-20）计算参数p、R:参数P：参数R：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：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；选用25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025m；管子内径di=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；管子总数： 取720根管程流通截面积：m2管程流速：m/s管程雷诺数： 湍流管程传热系数：（式3-33c）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： 取20根；壳体内径： m 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： 折流板间距： m折流板数量： 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m2壳程流速： m/s；壳程质量流速： kg m2/s；壳程当量直径： m；壳程雷诺数： ；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 粘度修正系数：根据式（3-62）计算壳程换热系数：8）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：传热系数比值，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：/m2.根据式(3-94a)计算管外壁温度：误差较核： ，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管内壁温度： ； 壁温下水的粘度：Pa·s；粘度修正系数：；查图3-30得管程摩擦系数： 管程数 ：；管内沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.）回弯压降：Pa；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)：；管程结垢校正系数：； 管程压降：11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；雷诺数：；查得壳程摩擦系数：1=0.08；(图 3-34)管束压降（公式3-129）：Pa； 取进出口质量流速： kg/m2·s；( w2<2200 取WN2=1000 /·s)进出口管压降：Pa；取导流板阻力系数：;导流板压降：Pa壳程结垢修正系数：；(表3-12)壳程压降：a；管程允许压降：P2=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：P1=35000Pa； 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 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：3）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）壳体壳体内径：；材质Q235 A钢； 壳体厚度（式6-1）： 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)实取 5)管板根据表5-8 查取 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： （ 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5-10）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：D为封头的平均直径；直边高度，。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：进出口管道直径：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：管程进出口管径为：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； 尽管人智慧有其局限，爱智慧却并不因此就属于徒劳。智慧果实似乎是否定性：理论上“我知道我一无所知”；实践上“我需要我一无所需”。然而，达到了这个境界，在谦虚和淡泊哲人胸中，智慧痛苦和快乐业已消融为了一种和谐宁静了【精品文档】第 8 页