1、 前言熱交換器是進(jìn)行熱量之間傳遞的通用工藝設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門,如化工、食品、電力。換熱器分類方式多樣,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類,其中間壁式換熱器用量最大,據(jù)統(tǒng)計(jì),這類換熱器占總用量的99 %。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類,其中管殼式換熱器使用量最大，以其在高溫、高壓和其他大型的換熱設(shè)備中性能良好，因此被廣泛操作使用。管殼式換熱器類型也有多種，如，固定管板式換熱器、浮頭式換熱器及填料函式換熱器。近年來盡管管殼式換熱器倍受新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具結(jié)效率高、便于清洗拆卸、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換

2、熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器。如何優(yōu)化改造管殼式換熱器，提高其換熱效率，便于操作，是現(xiàn)在換熱器優(yōu)化最關(guān)注的問題。本說明書目的是對(duì)有機(jī)物進(jìn)行冷卻，通過對(duì)管路進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，尋求一種較優(yōu)的方法。 目錄一前言2二 課題及工藝要求.52.1 課題52.2 工藝要求5三 選定設(shè)計(jì)方案53.1換熱器類型選擇53.2確定流動(dòng)空間.53.3流速的確定.5四 確定物性數(shù)據(jù)6五 計(jì)算總傳熱系數(shù)65.1 熱流量65.2平均傳熱溫差65.3 冷卻水的用量75.4 總傳熱系數(shù)7六計(jì)算傳熱面積8七 工藝結(jié)構(gòu)尺寸87.1管徑及管內(nèi)流速87.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)87. 3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù). 9

3、7.4傳熱管排列和分程方法. 107.5殼體內(nèi)徑107.6折流板. 107.7接管. 11八 換熱器核算.118.1熱流量核算11 8.1.1殼程對(duì)流傳熱系數(shù)11 8.1.2.管程對(duì)流傳熱系數(shù)12 8.1.3 污垢熱阻13 8.1.4 傳熱系數(shù)13 8.1.5 傳熱面積13 8.1.6 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力14九換熱器主要計(jì)算結(jié)果匯表15十主要符號(hào)說明.17十一. 參考文獻(xiàn).20二 課題及工藝要求2.1 課題管殼式換熱器的設(shè)計(jì)選型2.2 工藝要求要求將溫度為90的某液態(tài)有機(jī)物冷卻到70，此有機(jī)物的流量為10.5/s。現(xiàn)擬用溫度為t1=30的冷水進(jìn)行冷卻。要求管殼式換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超

4、過0.1MPa。已知有機(jī)物在特征溫度下的物性數(shù)據(jù)如下： =997kg/m =0.6mPa.scp=2.22kj/kg. =0.16w/m.三 選定設(shè)計(jì)方案3.1 換熱器類型的選擇液體有機(jī)物溫度變化情況：90-70. 管殼式換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不超過0.1MPa。因此，估計(jì)冷、熱兩流體的溫差不大、壓力不高，于是初步選定固定管板式換熱器。3.2 確定流動(dòng)空間冷卻水為防結(jié)垢走管程，液體有機(jī)物為便于散熱走殼程。選用25mm×2.5mm的碳鋼管。3.3 流速的確定初設(shè)管程流速ui=1m/s四 確定物性數(shù)據(jù)冷卻劑：河水，從tm>10及防止水中鹽類析出為原則,選擇出口溫度：t2=40循環(huán)水

5、的定性溫度為液體有機(jī)物的定性溫度為Tm=兩流體的溫差兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物性流體溫度t密kg/m3粘度mPa·s比熱容cpkJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù) W/(m·)有機(jī)物699970.62.220.16冷卻水359940.7254.080.626五計(jì)算總傳熱系數(shù)5.1 熱流量Q0=m0cpto=10.5×2.22×(90-70)=466.2kw5.2平均傳熱溫差并流時(shí)， 逆流時(shí)， 選擇逆流傳熱。5.3 冷卻水的用量5.4 總傳熱系數(shù)5.41總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值見課本附錄，選擇時(shí)除要考慮流體的物性和操作條件外，還應(yīng)考慮換熱器的類型。 總傳熱

6、系數(shù)的選擇高溫流體低溫流體總傳熱系數(shù)/W/（m3·）水甲醇、氫 有機(jī)物0.5mPa·s有機(jī)物0.5mPa·s有機(jī)物(0.5-1) Pa·s有機(jī)物0.5mPa·s氣體水水硫酸四氯化碳氯化氫氣（冷卻除外）氯氣（冷卻除外）焙燒SO2氣體氮水水水水冷凍鹽水水水水冷凍鹽水冷凍鹽水水氯化鈣溶液鹽水水水水水1400284014002840430850220570280710284301228057012002305808707635175351752304656641011605.42 根據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走有機(jī)物，總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫取：六. 計(jì)算傳熱面積面

7、積裕度=15%，A=A0×1.15=21根據(jù)A可以選擇下述標(biāo)準(zhǔn)換熱器（查附錄得）：（排列方式：正三角形）公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa管程數(shù)N管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積/m2換熱管長度L/mm管心距/mm換熱面積/m24004294110.014845003232.5七.工藝結(jié)構(gòu)尺寸7.1管徑及管內(nèi)流速選取=25X2.5mm碳鋼管；管內(nèi)水流速u=1m/S;7.2管程數(shù)和傳熱管數(shù): 根按單管程計(jì)算時(shí)，所需傳熱管長為因此按單程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，可以采用多管程設(shè)計(jì)。若換熱管長L=4.5,管程數(shù)為NP=2時(shí)，則每程管數(shù)為 60/2=30管內(nèi)流速 7.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)

8、平均傳熱溫差校正系數(shù)R=P=根據(jù)如下溫差校正系數(shù)圖表單殼程得：=0.98平均傳熱溫差=7.4 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用矩形排列。 取管心距 t=1.25do=1.25X25 =31.2532mm 橫過管束中心線的管數(shù)nc=1.19=9.22圓取整nc=107.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.75殼體內(nèi)徑D=1.05t= =300.5mm圓整可取 D=400mm7.6折流擋板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的28%。則切去的圓缺高度為 h=0.28X400mm=112mm 折流擋板間距 B=0.6D=0.6X0.4=0

9、.24mm折流擋板數(shù)NB=傳熱管長/折流板間距=4500/240-1=18塊采用折流板圓缺面水平裝配.相鄰兩折流板間距D=400mm 管心距 t=32mm查表得得折流板厚度為5mm折流板厚度與殼體內(nèi)徑及折流板間距有關(guān)見表5.5.1所列數(shù)據(jù)。表5.5.1. 折流板厚度/ mm殼體公稱內(nèi)徑/mm相鄰兩折流板間距/mm30030045045060060075075020025035610104007005610101270010006810121610006101216167.7 接管管程流體出口接管：取接管內(nèi)流速u=1m/s則接管內(nèi)徑為=0.121m 圓整取130mm殼程流體出口接管：取接管內(nèi)流速

10、u2=1.5m/s則接管內(nèi)徑為 圓取整100mm八換熱器核算8.1 熱量核算8.1.1殼程對(duì)流傳熱系數(shù)采用弓形折流板，殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算式由三角形排列得當(dāng)量直徑殼程流通截面積0.021m2殼程流體流速及雷諾數(shù)：= 黏度校正8.1.2.管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流通面積管程流體流速普蘭特?cái)?shù)8.1.3 污垢熱阻 ； 熱導(dǎo)率8.1.4 傳熱系數(shù)8.1.5 傳熱面積m2該換熱器的實(shí)際傳熱面積為=3.14×0.025×(4.5-0.06)(60-10)=17.427 m2換熱器的面積裕度所以該換熱器可行。8.1.6 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1）管程流體阻力計(jì)算公式 ，由本換熱器設(shè)計(jì)中 取

11、鋼的管壁粗糙度為0.1mm ，傳熱管相對(duì)粗糙度=，查莫迪圖得，ui=1.46m/s， Kg/所以管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。2）.殼程流體阻力 正三角形排列時(shí)，F(xiàn)=0.5nc=10, NB=18 ,u0=0.502m/s流體流過折流缺口的阻力B=0.24m D=0.4m總阻力 =6445+4045=10409Pa九 換熱器主要計(jì)算結(jié)果匯總參數(shù)管程殼程進(jìn)/出口溫度/30/4090/70物性定性溫度/3580密度/（Kg/m3）994997定壓比熱容KJ/(Kg.K)4.082.22黏度/Pa.s0.0007250.0006熱導(dǎo)率w/(m.k)0.6260.16普朗特?cái)?shù)4.738.325設(shè)備結(jié)構(gòu)參

12、數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm400殼程數(shù)1管徑/mm25X2.5管心距/mm32管長/mm4500管子排列正三角形管數(shù)目/根60折流板數(shù)/個(gè)18傳熱面積/m217.427折流板間距/mm240管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)1.460.502表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w/(m2.k)64441177污垢熱阻/(m2.k)/w0.000210.000172阻力/Pa3092510409熱流量/kw466.2傳熱溫差/k44.325傳熱系數(shù)/w/(m2.k)787.4裕度/%17.8八主要符號(hào)說明符號(hào)意義及單位殼程流體進(jìn)口溫度殼程流體出口溫度管程流體進(jìn)口溫度管程流體出口溫度殼程流體密度Kg/殼程流體定壓比熱容Kj/（Kg.）殼程流體熱導(dǎo)率w/（m.k）殼程流體黏度mpa.s管程流體密度Kg/管程流體定壓比熱容Kj/（Kg.）管程流體熱導(dǎo)率w/（m.k）管程流體黏度mpa.sQ0熱流量Kw平均傳熱溫差k總傳熱系數(shù)A0估計(jì)得出的傳熱面積n單管程管數(shù)Np管程數(shù)L傳熱管長m總管數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)t管心距mmD殼體內(nèi)徑mm管板利用率B折流板間距mm折流板數(shù)u管內(nèi)流體流速m/s殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)殼程流體普朗特?cái)?shù)殼程當(dāng)量直徑mm殼程流體雷諾數(shù)管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)Re管程流體雷諾數(shù)管程流體普朗特?cái)?shù)管