列管換熱器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ?? ? 10 若按單程管計(jì)算，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu) 。 工業(yè)上常采用以下幾種換熱管： 1500， 2020， 3000， 4500， 6000， 9000mm。現(xiàn)取 l=6000mm， 則該傳熱管程數(shù)為： 則傳熱管的總根數(shù)為： 換熱管標(biāo)準(zhǔn)排列形式有以下幾種：本設(shè)計(jì)中采用正三角形排列 . 在上述幾種排列中， a、 d 排列更為合理，因?yàn)樵谙嗤哿靼彘g距條件下，其流通截面比其他兩種要大，有利于提高流速。 故本換熱器采用混合排列，即在隔板附近采用正方形排列，在其他部分采用正三角形排列。 管間距為 t=≈ 32mm, 則 橫過管束中心線的管子數(shù)： 根）( ??? Nn c 殼體內(nèi)徑 對于多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑采用下式計(jì)算 : 其中η為管板利用率，對于正三角形排列：兩管程， ，大于 四管程，； 對于正方形排列：兩管程， ，大于 四管程， 。 （管程）26 ??? lLN p（根）2401202 ???? sp nNN?NtD ? 11 由于本設(shè)計(jì)采用混合排列，多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率為η =，則殼體內(nèi)徑為： 圓整后取 D=900mm。 折流板 常用的 折流板有弓形和圓盤圓環(huán)形兩種。弓形折流板又分為單弓形、雙弓形和三弓形三種。各種折流板具體形狀見右圖： 本換熱器采用弓形折流板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%， 則切 去圓缺 高度 為： mmDh ???? 折流板的間距在允許的壓力降范圍內(nèi)希望盡可能的小，一般推薦折流板間距最小值為殼體內(nèi)徑的 倍（或不小于 50mm),最大值取決于支持管所必須的最大間隔。 本設(shè)計(jì)取折流板間距為 ,則 mmB ??? ，由于在系列標(biāo)準(zhǔn)中只有以下幾種折流板間距： 150， 200， 300， 450， 600（對于 D=900mm,l=6000mm) 故取 B=450mm 則折流板數(shù)為 ： 據(jù)《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》 P34，表格 113，選取折流板與殼體間的間隙為 3 . 5mm, 因此折流板直徑 Dc = 500 2 3 . 5 = 493mm 折流板厚度 參照由萬利國、董新法編著《化工制圖 AutoCAD 實(shí)戰(zhàn)教程與開發(fā)》 143 頁表 54得折流板厚度為 5mm。 接管、拉桿與定距管的選定 殼程流體進(jìn)出口接管： 取接管內(nèi) 有機(jī)料液 流速為 u=則接管內(nèi)徑為 ： mmNtD ????? ?塊）( ?????? BlN BmuVd )9863600(2150044 11 ?? ???? ? 12 由 無縫鋼管 ( GB816387) 得， 故殼程流體（即煤油）進(jìn)出口接管直徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑 100mm； 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為 u=,同理得接管內(nèi)徑為 ： 由 無縫鋼管 ( GB816387) 得， 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 260mm。 拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定 根據(jù)《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》 P35，表格 117， 選用 12mm 鋼拉桿 , 數(shù)量 6 條。定距管采用與換熱管相同的管子 , 即 Φ 25mm 2 . 5mm 鋼管。 ? 四、換熱器核 算 換熱器主要傳熱參數(shù)核算 熱量核算 殼程對流傳熱系數(shù) 對于圓缺式折流板，可采用克恩公式： 流體流通管間最大截面積為： 則殼程流速為： 其中， de為當(dāng)量直徑： 則殼程雷諾數(shù)為： 普蘭特準(zhǔn)數(shù)為： 則管程對流傳熱系數(shù)，取粘度校正系數(shù) 管程對流傳熱系數(shù) i? 流通截面積： muVd )9863600(13381144 22 ?? ???? ?208 mtdBD oo ??????? ?????????? ?? ?????????wooeood ????smSmu oo oo / 21500 ????? ?mddtdooe 2222 ???????????? ?????? ）（ 3 ?? ???? ?o ooeo ud ? ? 33 ?????? ?o opoo C ? ?wo ???????????? ? ? ? ? ?CmWo ??????? / ?? ? 222 mNNd pii ????? ?? 13 管程流體流速： 雷諾數(shù)為： 普蘭特準(zhǔn)數(shù)為： 則其對流傳熱系數(shù)為： 污垢熱阻 管程與殼程的污垢熱阻分別為 : 管壁導(dǎo)熱系數(shù)為： 代入數(shù) 據(jù)，總傳熱系數(shù)為： 介于 之間符合要求。 傳熱面積核算 換熱面積 S按核算后所得的總傳熱系數(shù)計(jì)算。 則傳熱面積 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為： 2105)18240()( mnNLdS cop ???????? ? 則該換熱器的面積裕度為： 傳熱面積裕度合適，故該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 ? ?CmWRdbdddRddKosoioiosiiio???????? 2/58111???smAmu ii ii / 00994 13 381 1 ????? ? 3 ?? ???? ?i iii ud ? ? 33 ?????? ?i ipiC ? ?? ? ? ? ? ?CmWi ????? / ?/ / 2424CmR CmR sosi ???? ???? ??)/(45 CmW ????? ?CmWtS Q moo ???????? 21 / 1551500K ??oKK mtK QSm ?????%% %100 ??????? S SSH p 14 4． 3 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力核算 管程為壓力降： ? ? Psti NNFPPP 21 ?????? 其中， Ft=,Ns=1,Np=2 傳熱管的相對粗糙度為： 查莫狄圖得 則由于流體與管壁摩擦產(chǎn)生的壓降為： 則管程壓力降為： k P aPaP i 1 0 1 8 ) 7 2 6 7( ??????? 殼程流動(dòng)阻力 由此可知本換熱器符合要求。 注： NB——— 折流板數(shù)目 ； B——— 折流板間距 , m； Di ——— 殼體內(nèi)徑 , m； ??id?? ?CmW ??? /0 3 ?? ? PaudlP iii 221 ??????? ??? ? PauP ii 222 ?????? ??? ?? ?k P aPapNFNFpppPauDBNpPauNnfpfudsmusmdnDhFuNnFfpststooBoBcoooooooocoooBco1,942. 0 ).905. 2 202(132218222)1(F3196Re21700)()(A2)1(21222221321????????????????????????????????????????????????????????????????????則其中）（則殼程流通截面積，????? 15 F——— 管子排列方式對壓力降的校正因數(shù) , 對于正三角形排列 , F = 0 . 5對于正方形斜轉(zhuǎn) 45176。 , F = 0 . 4； f0——— 殼程流體的摩擦系數(shù)。 nc——— 橫過管束中心線的管數(shù) ,管子按正三角形排列 : nc = 1 . 1 N ； 管子按正方形排列 : nc = 1 . 19 N ； u0 ——— 殼程流體橫過管束的最小流速 , m /s , 壁溫核算 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按式（ 342）計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確保可靠，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為 16℃，出口溫度為 40℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè) 污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼程和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管壁溫差肯能較大。計(jì)算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是有 ： 式中液體的平均溫度 tm=和氣體的平均溫度分別按式（ 344）和式（ 345）計(jì)算為 ： 傳熱管平均壁溫 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即 。 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 該溫差較 小 ，故 不 需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。 ? 五、換熱器選型 hchmcmwtTt????11/???Ct m ?????? )/(4 7 6 6 2 KmWic ??? ??CT ??71CT m ???? 712/)40102()/( 2 6 6 2 KmWoh ??? ??Ct ????? 2 6614 7 661 2 7 6671CCt ??????? 16 根據(jù)以上計(jì)算，通過查標(biāo)準(zhǔn) JB/T 471592 固定管板式換熱器與基本參數(shù)的對照可以發(fā)現(xiàn)，在 DN=600mm 范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)所得換熱器與標(biāo)準(zhǔn)相差較小，與設(shè)計(jì)結(jié)果比較接近。故暫且選定該換熱器，其相關(guān)尺寸規(guī)格如下：