畢業(yè)設計-浮頭換熱器的結構設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 b —— 傳熱管壁厚， m。 管程流體傳熱膜系數 iα 其計算過程如下： 24 2 6 . 5 2 . 2 2 /8 0 5 0 . 0 1 4 8ci cimu m sd??? ? ??； 30 . 0 2 2 . 2 2 8 0 5R e 4 4 1 38 . 1 1 0i i iidu ?? ???? ? ??，可知流體處于過渡流狀態(tài)； 333 . 1 6 5 1 0 8 . 1 1 0Pr 1 8 30 . 1 4 0p i iic ???? ? ?? ? ?； 當流體在管內流動為過渡流的時候，對流傳熱系數可先按湍流的公式計算，然后把計算結果乘以校正系數 ? ，即可得到過渡流下的對流傳熱膜系數。 先計算校正系數 ? ： /iu m s? Re 4413? Pr 183? 14 551 . 8 1 . 86 1 0 6 1 01 1 0 .8 3 5R e 4 4 1 3??? ? ? ? ? ?； 而湍流情況下的 39。i? 計算如下： 由于 2ia??? ，故原油為高黏度的 流體，故應用SiederTate 關聯式： 39。 0 . 8 1 / 3 0 . 1 40 .0 2 7 R e Pr ( / )ii i wid?? ? ?? 工程上，當液體被加熱時，取 0. 14( / ) 1. 05iw?? ? ，當液體被冷卻時，取 0. 14( / ) 0. 95iw?? ? ，而管程流體原油是被加熱的，則有 39。 0 . 8 1 / 30 . 1 4 00 . 0 2 7 4 4 1 3 1 8 3 1 . 0 5 9 2 80 . 0 2i? ? ? ? ? ? ? W/（㎡﹒ K） ； 故管內流體傳熱膜系數 i? 為： 39。 928 775ii??? ? ? ? ?W/（㎡﹒ K） ； 殼程流體傳熱膜系數 Oα ： 其計算過程如下： 換熱器內需裝弓形折流板，根據 GB1511999 可知，折流板最小的間距一般不小于圓筒內直徑的 1/5，且不小于50mm ，故根據浮頭式換熱器折流板間距的系列標準，可取折流板間距 300bl mm? 。 因為殼體選擇為卷制圓筒，根據 GB1501999 可知殼體內徑 600iD DN mm?? 。 管間流速 ou 是根據流體流過管間最大截面積 sA 計算：(1 )os b i tdA l D p?? 其中： od —— 管外徑，即 25㎜， tp —— 為換熱管中心距，此時選擇換熱管在管板上 ?? 39。 928i?? W/（㎡﹒ K） 775i?? W/（㎡﹒ K） 300bl mm? 600iD mm? 25od mm? 15 的排列方式為正方形排列，因為這樣便于機械清洗，查GB1511999 得 32tp mm? 。 20 . 0 2 50 . 3 0 . 6 (1 ) 0 . 0 3 9 30 . 0 3 2SAm? ? ? ? ?； 6 . 4 4 0 . 1 7 8 /9 1 8 0 . 0 3 9 3hohsmu m sA?? ? ??； 當換熱管 呈正方形排列時，其當量直徑 ed 為2 21 . 2 7 1 . 2 7 0 . 0 3 2 0 . 0 2 5 0 . 0 2 70 . 0 2 5teoo pddd ?? ? ? ? ?； 同時： 30 .0 2 7 0 .1 7 8 9 1 8R e 4 8 0 00 .9 2 1 0e o oodu ?? ???? ? ??； 332 .5 8 7 1 0 0 .9 2 1 0Pr 2 0 .90 .1 1 4pooc ???? ? ?? ? ?； 故可用 Kern 法求 o? ，即： 0. 55 1 / 3 0. 140. 55 1 / 3 R e P r ( / ) 4800 W / m Koo i wed?? ? ??? ? ? ? ?? ； i? 與 o? 都已經算出，而 2 0 2 5 2 2 . 522iom ddd m m? ?? ? ?， mm? ， 320 .5 2 1 0 m /si soR R K W?? ? ?，同時查鋼管壁熱導率為 46. 9 /w W m K? ? ，則有 00331111 10 10 775 /oso sio w m i i iKbd d dRRd d dW m K? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ? ? ????故 6180KK ??估，合適。 校核平均溫差 32tp mm? ? /ou m s? ? Re 4800? Pr ? ? ? W/（㎡﹒ K） mm? mm? 10siR ???m2178。 K/W 10soR ??? m2178。 K/W ? ? W/m178。 K ? W/m178。 K ?估 16 與平均溫差有關參數的計算如下： 3 0 0 1 0 0 6 . 2 5 。1 0 1 6 9h i h oc o c iTTR TT? ?? ? ? ???熱 流 體 的 溫 降冷 流 體 的 溫 升 1 0 1 6 9 0 . 1 3 93 0 0 6 9c o c ih i c iTTP TT? ?? ? ? ???冷 流 體 的 溫 升兩 流 體 最 初 溫 差； 根據 R、 P 值，查溫度校正系數圖可得溫度校正系數 ? ? ? ，因此有效平均溫度差為： 39。 0. 86 91 .4 78 .6mmtt? ? ? ? ?℃ 。 校核換熱面積： 實際傳熱面積： 39。20 3 3 3 2 . 1 2 1 6 . 21 9 1 . 6 7 8 . 6mQAmKt? ? ??； 校核： 39。039。0 8 5 3 2 1 6 . 2 1 0 0 % 1 8 % ( 1 5 % 2 5 % )2 1 6 . 2AAA? ??? ? ? ?； 為了保證換熱器的可靠性，一般應使換熱器的面積裕度大于或等于 15%25%，由上可知所選換熱器面積滿足要求。 壓力降的計算 流體流經換熱器因流動引起的壓力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計算。 管程壓力降 ip 管程壓力降有三部分組成，可按下式進行計算： ()i L r t p s n sp p p F N N p N? ? ? 其中： Lp —— 流體流過直管因摩擦阻力引 起的壓力降，Pa； rp —— 流體流經回彎管中因摩擦阻力引起的壓力 ? ? ?? ℃ ? 39。20 ? 39。039。0 18%AAA? ? 17 降， Pa； np —— 流體流經管箱進出口的壓力降， Pa； tF —— 結構校正因數，無因次，對 25 ?? 的管子，取為 ；對 19 2mm?? 的管子，取為 ； pN —— 管程數； sN —— 串聯的殼程數。 其中， Lp 、 rp 、 np 的計算式如下： 2()2i i iLiilup d ???； 23( )2iir up ??； ( )2iin up ??； 式中： iu —— 管內流速， /ms； id —— 管內徑， m ；l —— 管長， m ； i? —— 摩擦系數，無量綱，可由下式求?。?i? —— 管內流體密度， 3/kgm 。 由于 Re 4413? ，在 36R e 3 10 3 10? ? ?范圍內，故可采用下面公式求?。? 0 . 3 8 0 . 3 80 . 7 5 4 3 0 . 7 5 4 30 . 0 1 2 2 7 0 . 0 1 2 2 7 0 . 0 4 3 4R e 4 4 1 3i? ? ? ? ? ? 所以 26 8 0 5 2 . 2 20 . 0 4 3 4 ( ) 0 . 0 2 5 80 . 0 2 2Lp ?? ? ? ? Mpa； 28 0 5 2 . 2 23 ( ) 0 . 0 0 5 9 52rp ?? ? ? Mpa； 28 0 5 2 .2 21 .5 ( ) 0 .0 0 2 9 82np ?? ? ? Mpa； ( 0 .0 2 5 8 0 .0 0 5 9 5 ) 1 .4 4 3 0 .0 0 2 9 8 30 .5 4 2 M p aip ? ? ? ? ? ? ?? ； 經查，可知 每 臺 換 熱 器 合 理 的 壓 力 降 為 10? Pa，由此可知上述壓力降符合要求。 殼程的壓力降 ? ? 8MpaLp ? 95rp Mpa? 298 M panp ? 2 M paip ? 18 當殼程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。盡管管束為直管，但流動卻變得復雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會產生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動變得更加復雜。由于流動的復雜性，要準確地分析影響這種復雜流動的各種因素，精確地計算壓力降是相當的困難。 下面通過埃索法來計算： 39。39。12()o s sp p p F N?? 式中： 39。1p —— 流體橫過管束的壓力降， Pa； 39。2p —— 流體通過折流板缺口的壓力降， Pa； sF —— 殼程壓力降的結垢修正系數，無因次，對液體可取 ；對氣體可取 。 其中： 239。10 ( 1) 2 ocb up F f n N ???； 239。2 2(3 .5 ) 2bob ilupN D ???； 式中： F —— 管子排列方法對壓力降的修正系數，對三角形排列 ? 。對正方形排列 ? ，對轉置正方形排列? ； of —— 殼程流體摩擦系數，當 Re 500? 時， Reof ?? ； —— 橫過管束中心線的管子數，對三角形排列? ；對正方形排列 ? ； ou —— 按殼程流通截面 oA 計算的流速， /ms； bN — — 折流板的數量。 其中： 2( ) ( 1. 19 )0. 3 ( 0. 6 1. 19 18 8 0. 02 5 )o b i c o b i t oA l D n d l D N dm? ? ? ?? ? ? ??； ? ? 19 因此 6 . 4 4 0 . 1 2 1 /9 1 8 0 . 0 5 7 8ho homu m sA?? ? ??； 0. 22 48 00 24of ?? ? ?； 1 .1 9 1 .1 9 1 8 8 1 6 .3ctnN? ? ? ?； 0 .1 6 0 .11 1 1 8 .60 .3b blN l??? ? ? ? ?，取整為 19。 則有： 239。1 9 1 8 0 . 1 2 10 . 3 0 . 7 2 4 1 6 . 3 2 0 4 7 5 . 82p ?? ? ? ? ? ? Pa， 239。2 2 0 . 3 9 1 8 0 . 1 2 13 8 ( 3 . 5 ) 6 3 8 . 40 . 6 2p ??? ? ? ? ? Pa； ( 475 .8 638 .4) 5 3 038 Mp aop ? ? ? ? ?； 可知此時的壓力降在合理范圍之類。 換熱器 壁溫計算 換熱管壁溫 t 計算 符號說明： ? —— 以換熱管外表面積為基準計算的總傳熱系數， W/（ m178。℃）； dr —— 污垢熱阻，㎡178?！?/w； ,mmTt—— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ,ioTT—— 分別為熱流體的進、出口溫度，℃； ,iott—— 分別為冷流體的進、出口溫度，℃； mt —— 流體的有效平均溫差，℃； ? —— 以換熱管外表面積為基準計算的給熱系數， W/（ m178?！妫?。 熱流體側的壁溫： ?