管壳式换热器传热计算示例

管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水一一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 C和50C，管 程过冷水进，出口温度分别为90C和65C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 ti =145C;过冷却水出口温度 ti =45 C;过冷却水工作压力 P=0.75Mpa （表压）冷水流量G=80000kg/h ;冷却水进口温度t2 =20 C；冷却水出口温度t2 =50 C；冷却水工作压力 P2=0.3 Mp a （表压）。改为 冷却水工作压力 P=2.5 Mp2）定性温度及物性参数：冷却水的定性温度 t2=（ t 1 + t 1 2=（20+50）/2=35 C;3冷却水的密度查物性表得p 2=992.9 kg/m ;冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg. C冷却水的导热系数查物性表得入2=62.4 W/m. C冷却水的粘度 口 2=727.5 X 106 Pa - s;冷却水的普朗特数查物性表得P2=4.865 ;过冷水的定性温度耳=GT）=775 C;过冷水的密度查物性表得p 1=976 kg/m 3;过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg. C;过冷水的导热系数查物性表得入1=0.672w/m. C;过冷水的普朗特数查物性表得P2二？ W过冷水的粘度 口 1=0.3704 X 10Pa - s。过冷水的工作压力P=1.5 Mpa （表压）3）传热量与水热流量取定换热器热效率为 n =0.98 ;设计传热量：=-tjTlxlOOD 3600=8000U X 4.174 X（50 - 20）X 1000/3600 = 2727013 W过冷却水流量：厂 _3600 X 751333*讥=匚（-* ）= AA37 x loou= 93占7 占 Uh4）有效平均温差 逆流平均温差：1Atir I905UInIn2m10J2K96根据式（3-20 ）计算参数p、R:参数P:参数R：nt 吒 2352 n 21m管程流速:管程雷诺数:(9tl一乜 50-200-65f J0 20 2 T换热器按单壳程2管程设计，查图3 8得温差校正系数 W =0.83 ; 有效平均温差：A=甲叫=0 92 x 42.45 = 40,2 C|5）管程换热系数计算：附录10,初定传热系数 Ko=400 W/m. C； 初选传热面积：选用0 25 X 2.5无缝钢管作换热管;管子外径do=O.O25 m；管子内径 di =0.025- 2X 0.0025=0.02 m ;管子长度取为1=3 m ;管子总数:管程流通截面积:m/s12倍20)=42 45 C妆） 751333Ai）=丽匚=硕三硕二16959取720根山q 23575p E m 3600 一 0,11309 x 死DO -976 x 0.23575 xC.02-50) - (65 -169.59 宀 it KU 02S m 3 = 720370.4 x 10湍流管程传热系数：(式3-33c )3(505 (1 + 0.015yiv23605(1 + 0.015 X 77.(100 X 0.000叫严6）结构初步设计:布管方式见图所示：管间距 s=0.032m （按 GB151,取 1.25do）;管束中心排管的管数按 4.3.1.1所给的公式确定:= 1.1 叔产 l ldy/72B = 29取20根；壳体内径：耳“（叫-】）+叫=0.032 X 28 + 4 X 0.025m取Di=0.7m ；长径比：l/D i=3/0.9=3.3 ，合理布管示意图弓形折流板弓高：1)= 0.20( = 0.2 X().9 = 0.Wm折流板间距：B = D(/3 = 0.9/3 =0-3 m选定弓形折流板折流板数量： = -1 = 0 20 -8）传热系数计算：水侧污垢热阻：2=0.000344m . C /w管壁热阻r忽略总传热系数：1/0.0251f0.025758 + 0 000344 * 0 00344lr) * 诙貞而T)=460谱/皿气传热系数比值切心=460/400 = 1.15，合理9）管壁温度计算： 管外壁热流密度：27270132 。W /m . C% =和两-7）Xn SQ.0Z5XS = 16074=775- 1674+ O.OOOS44)= 4S.03根据式（3-94a）计算管外壁温度:i-q狀十口50 - 50.54 =C,误差不大;误差较核:w) _=10）管程压降计算：临 U18G + 0+000344=根据式（3-94b）计算管内壁温度:10.025-+r2J = 35+ 16074- _壁温下水的粘度：Pa - s;粘度修正系数:727.7x10 60 H k It)-6 丿查图3-30得管程摩擦系数：入2 = 0 0078管程数：管内沿程压降计算依据式（3-112 ）:Pa (W=w.p )回弯压降:Pa;取进出口管处质量流速：W=1750 kg /s；（依据pw23300取 w=1.822m/s）进出口管处压降（依据3-113）:%，175O3 ：；管程结垢校正系数：齐冃管程压降：巴=（A比+即J叫 +=（599.8 + 216） x 1 + 2310.71= 3452.02 Pa|11）壳程压降计算：壳程当量直径：E -叫叫0.91 一 720 x 0.0253=瓦町 = 丽+ 丁迪x ei圧口 =山019雷诺数:Rc. = = 126161 叫 0775 X 10 3查得壳程摩擦系数：入1=0.08 ;（图3-34）管束压降（公式3-129 ）：叫 4傀十4fl3.oe* 0.9 K 10 OOS 也円= 石=舟亦.而q 而丽 =437 Pa.取进出口质量流速：忙芒尸hkg/m 2 s; （ pw22200 取W2=1000 kg /怦s）进出口管压降：Pa;取导流板阻力系数： = 5导流板压降:1000Pa壳程压降：古円二 + 人片 + Apyj = 4H37 x 1 + 2517,9 + 335,7 = 7690.7 p a管程允许压降:壳程允许压降: F2=35000Pa ;（见表 3-10 ） Pi=35000 Pa； P2 F2 Pi P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少25 X 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：F -叔丛叫x 0,025 x 3 x 720 - 169 m23）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 ）:-p-注 t w1ooc=0.7C=2mm厚度附加量见GB150）P=1.2p 1 （p为设计压力 要大于工作压力）1 X 1,2 X 700丸=6 rnm实取5）管板根据表5-8 查取|；,：汕=心弘护曲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=230mrp板数： nB=12 块；板厚：尙=5mm （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 DM 弘-斗-4_700 + 8=.=177 mm4D为封头的平均直径；直边高度， = 25mjn9）进、出管（a）管程进、出口管pw23300取取WN2=1750 kg /s，得进、出口流通面积为:936763?i（）0 X 1750= 0.01487 m2进出口管道直径:取用：罔114X 4mm的热轧钢管或水输送管。VW=1000 kk/s,得进、出口流通（b）壳程进、出口管： pw22200取取壳程浸出口管处质量流速面积为：800U0管程进出口管径为:4=品二000222 叫取用70 x 3mm的热轧钢管或水输送管10）其它：热补偿计算参照本容器法兰和进、出口法兰及底座均可根据设计规范取用或计算, 章5-5节进行；（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分 来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）