4列管式换热器的计算

四、列管式换热器的工艺计算4.1、确定物性参数：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T=(140+40)/2=90℃管程流体的定性温度为t=(30+40)/2=35℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据煤油在定性温度下的物性数据：ρo=825kg/m3μo=7.15×10-4Pa•Scpo=2.22KJ/(Kg•℃)λo=0.14W/(m•℃)循环冷却水在35℃下的物性数据：ρi=994kg/m3Cpi=4.08KJ/(kg.℃)λi=0.626W/(m.℃)μi=0.000725Pa.s4.2、计算总传热系数：4.2.1、热流量mo=［（15.8×104）×103］/(300×24)=21944Kg/hQo=mocpoto=21944×2.22×(140-40)=4.87×106KJ/h=1353KW4.2.1.2、平均传热温差4.2.1.3、冷却水用量Wi=Qo/CpiΔt=4.87×106/(4.08×(40-30))=119362Kg/h4.2.2、总传热系数K=0.023×××=4759W/(.℃﹚壳程传热系数：假设壳程的传热系数污垢热阻管壁的导热系数λ=45W/﹙m.℃﹚则总传热系数K为：4.3、计算传热面积S’=Q/(KΔt)=(1353×103)/(310×39)=111.9m2考虑15%的面积裕度，S=1.15×S’=128.7m24.4、工艺结构尺寸4.4.1、管径和管内流速选用φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速μi=1m/s4.4.2、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=(119362/(994×3600)0.785×0.022×1=106.2≈107根按单程管计算，所需的传热管长度为=128.7/(3.14×0.025×107)=15.32m按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m,则该换热管程数为=15.32/6=2.6≈3管程传热管总根数N=107×3=321根4.4.3、平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程，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，查同一直线，可得4.4.4、传热管排列和分程方程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25do,则t=1.25×25=31.25≈32(mm)横过管束中心线的管数=1.19√𝟑𝟐𝟏=22根采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为=1.05×√(𝟑𝟐𝟏𝟎.𝟕)=723mm圆整可取D=800mm4.4.5、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h=0.25×800=200(mm)故可取h=200(mm)取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×800=240(mm),可取B为250mm。折流板数=6000/250-1=23块折流板圆缺面水平装配。4.4.6、接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u=1.0m/s，则接管内径为=√（（𝟒×𝟐𝟏𝟗𝟒𝟒𝟑𝟔𝟎𝟎×𝟖𝟐𝟓)/(𝟑.𝟏𝟒×𝟏))=0.097m取管内径为100mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5m/s则接管内径为d2=√(𝟒×𝟏𝟏𝟗𝟑𝟔𝟐(𝟑𝟔𝟎𝟎×𝟗𝟗𝟒)𝟑.𝟏𝟒×𝟏.𝟓)=0.17m取标准管径为170mm4.5、换热器核算4.5.1、热量核算：壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式当量直径，由正三角形排列得===0.020（m）壳程流通截面积=0.24×0.8×=0.042m壳程流体及雷诺数为u0=21944÷(3600×825)÷0.042=0.176m/sRe0=0.02×0.176×825/0.000715=4062m/s普兰特准数粘度校正a0=0.36×(0.140/0.02)×40620.55×11.34⅓×1=547W/(m2•℃)4.5.2、管程对流传热系数管程流通截面积Si=0.785×0.022×107=0.0336m2管程体流速ui=(119362/(3600×994))/0.0336=0.992m/sRe=0.02×0.992×994/0.000725=27201.3普兰特准数ai=0.023×(0.626/0.02)×27201.30.8×4.730.4=4730.2W/(m2•℃)4.5.3、传热系数K查有关文献知管外侧污垢热阻：管内侧污垢热阻：管壁热阻:查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为λ=45W/(m.K)=365.34.5.4、传热面积SS=Q/(KΔt)=1353×103/(365.3×32)=115.7m2该换热器的实际传热面积SpSp=πd0L(N-nc)=3.14×0.025×6×(321-22)=140.8m2该换热器的面积裕度为=(140.8-115.7)/115.7=21.69％传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务4.5.5、换热器内流体的流动阻力管程流动阻力Ft=1.4Ns=1Np=3由Re=27201传热管相对粗糙度0.01/20=0.0005，查莫狄图得λf=0.032W/(m2•℃)流速u=0.992m/sρ=994kg/m3所以△P1=0.032×(6/0.02)×((0.9922×994)/2)=4733Pa△P2=3×994×0.9922/2=1479PaΣΔPi=(4733+1479)×1.4×3×1=26091Pa﹤105Pa管程流动阻力在允许的范围之内壳程流动阻力Ns=1Fs=1.15流体流经管束的阻力F=0.5f=5.0×Re0-0.228=5×4062-0.228=0.752nc=22NB=23u0=0.176m/s=0.5×0.752×22(23+1)×825×0.1762/2=2537Pa流体流过折流板缺口的阻力B=0.25mD=0.8m△P2’=23×(3.5-(2×0.25/0.8))×(825×0.1762/2)=845Pa=(2537+845)×1×1.15=5073Pa﹤10KPa均符合要求，故所设计的换热器符合条件。