管壳式热交换器设计全解2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热交换器原理课程设计,管壳式换热器的选型,设计内容,1,、工艺设计：,通过物料衡算和热量衡算，确定传热系数,K,传热面积,A,，管子长度及数量，管板的布置及流体的流向 。,2,、结构设计：,壳体壁厚的确定，管子及其与管板的连接、各流体进、出口的结构设计，温差的影响，各部位的焊接结构。,三、管壳式换热器的选用,1,、分析了解设计任务，掌握各项参数及工艺特点,物料的进、出口温度及操作压力,物料的物性参数,物料的物理化学性质及耐腐蚀性,2,、确定选择换热器的型式，确定流体流动空间,3,、设计计算,根据物料进、出口的温度，计算对数平均温差,根据物料的物性参数，确定,1,，,2,，,，,R,1,，,R,2,计算总传热系数,K,计算热负荷,确定传热面积,A,，确定管径管数,确定流动路径，根据任务计算传热负荷，确定流体进、出的温度，选定换热器形式，计算定性温度，查取物性，计算平均温差，根据温度校正系数不小于0.8的原则，确定壳程数。, 依据总传热系数经验值范围，或按生产实际选定总传热系数,K,估值，估算传热面积,A,估。选定换热器的基本尺寸，如管径、管长、管数及排列等；若选用，在标准中选择换热器型号。, 计算管程和壳程的压降，根据初选设备规格，计算管、壳程流体压降，检查结果是否满足工艺要求，若压降不合要求，要调整流速，再确定管程数或挡板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压降至满足要求。,(二) 列管换热器的选用和设计的步骤, 计算总传热系数，核算传热面积，计算管、壳程的换热系数,1,和,2,，,确定污垢热阻,R,s1,和,R,s2,计算总传热系数,K,计，并计算传热面积,A,计，比较,K,估,和,K,计,，若,K,估,/,K,计,=1.151.25，则初选的设备合适，否则需另设,K,估值，重复以上步骤。,生,产,任,务,进出口温度,型式,流径,定性温度,物性参数,平均温差,壳程数,0.8,Q,初选,K,选,A,管方,尺寸,壳方,尺寸,选择规格,计,算,压,降,合理,NO,液体,10,00KPa,气体,1,10KPa,yes,计算,s,t,计算,R,s,R,t,K,计,/K,选,1.15,1.25,设计选型合格,yes,END,NO,K,计,一.,设计任务书,1.,已知热流体热量 ，温度 、 ，,冷却介质,温度,2. 确定换热面积及选定换热器,3.,选用一台合适的离心泵,实例,q,m1,T,1,q,m1,T,2,t,1,t,2,二.设计步骤,1.,求出换热器的热流量,2.,作出适当的选择并计算,3,.,根据经验估计传热系数 ，计算传热面积,4.,计算冷、热流体与管壁的,5,.,压降校核,6.,计算传热系数，校核传热面积,7.,选用一台合适的离心泵,三,.,设计结果,换热器的型号,离心泵的型号,流程安排,.求出换热器的热流量,根据已知条件 、 、 、 、 ，,求,实例,.作出适当的选择并计算,流向的选择,确定,冷却介质,出口温度 ，求对数平均推动力,对 进行,修正,查图得到,一般逆流优于并流,实例,.根据经验估计传热系数 ，,计算传热面积,根据 初选,换热器,实例,.计算冷、热流体与管壁的,确定冷、热流体走管程或壳程,确定管内流速,根据所选换热管确定,管子的排列,目前我国国标采用 和,管长 有1.5、2、3、4.5、6、9,m,核定管壳式换热器内常用流速范围,管程数,管子数,折流挡板,安装折流挡板的目的是为了提高管外,对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度,国标挡板间距：,取壳体内径的20%和25%,固定管板式：100、150、200、300、450、600、700,mm,浮头式：100、150、200、250、300、350、450,（或480）、600,mm,管程换热系数,若 ，则改变管程数重新计算或重新估计,物性系数在定性温度下求得,实例,壳程给热系数,若 太小，则可减少挡板间距,实例,.压降校核, 管程阻力校核,管程数,管程结垢校正系数，对三角形排列取1.5，正方形排列取1.4,改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面的损失,必须调整管程数目重新计算,实例, 壳程阻力损失,可,增大挡板间距,折流板数目,横过管束中心线的管子数,折流板间距,壳体内径,按,壳程流动面积 计算所得的壳程流速,管子排列形式对压降的校正系数,壳程流体摩擦系数,实例,.计算传热系数 校核传热面积,根据流体的性质选择适当的,垢层热阻,否则重新估计 ，重复以上计算,实例,冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出口温度,根据一般经验过程要有一定的推动力，,冷却介质若是工业用水，含有 、 等盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类析出，形成垢层，工业冷却水出口温度应小于,若根据 、 在图上找不到相应的点，表明此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流动方式。,若 ，经济上不太合理，且操作温度变化时，可能使 急剧下降，影响操作的稳定性，应改为其他流动方式。,原则：, 不洁净和易结垢的液体宜在管程, 腐蚀性流体宜在管程, 压强高的流体宜在管内, 饱和蒸汽宜走壳程, 被冷却的流体宜走壳程, 若两流体温差较大，对于刚性结构的换热,器，宜将给热系数大的流体通入壳程, 流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜,流体种类,流速,管程,壳程,一般流体,0.53,0.21.5,易结垢流体,1,0.5,气体,530,315,列管式换热器内常用的流速范围,液体粘度,最大流速,1500,0.6,1500500,0.75,500100,1.1,10035,1.5,351,1.8,1,2.4,不同粘度液体的流速,较大,给热效果较差管外清洗方便,大,对,正方形,对,正三角形,为,相邻两管的中心距， 为管外径， 两块挡板间距离，为壳体直径,流体,污垢热阻,流体,污垢热阻,水,溶剂蒸汽,0.14,蒸馏水,0.09,水蒸气,海水,0.09,优质（不含油）,0.052,清净的河水,0.21,劣质（不含油）,0.09,未处理的凉水塔用水,0.58,往复机排出,0.176,已处理的凉水塔用水,0.26,液体,已处理的锅炉用水,0.26,处理过的盐水,0.264,硬水、井水,0.58,有机物,0.176,气体,燃料油,1.056,空气,0.260.53,焦油,1.76,常见流体的污垢热阻,初选换热器,选冷凝水出口温度,定性温度,计算,据此定性温度，查表得水的物性数据,初拟定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。,由图查得,修正系数,。,参照表,，初步估计 ，传热面积,由换热器系列标准，初选 型换热器,外壳直径,D/mm,500,管程数,Np,2,管长,l/m,4.5,公称压强,P/,Mpa,1.6,管子排列方式,正方形,管数,N,T,124,公称面积,A/m,2,43,管子尺寸/,mm,25,2.5,管中心距,t/mm,32,根据经验估计传热系数 ，计算传热面积,管程流动面积,管内冷却水流速,管程给热系数,管程给热系数计算,壳程给热系数计算,壳程中有机物被冷却，取,，可行,取管壁粗糙度 ，,查图得,管程压降,管程压降的校核,取折流挡板间距 ，因系正方形排列，,管束中心线管数,壳程流动面积,因 故,壳程压降校核,管子排列为正方形，斜转安装，取校正系数,取垢层校正系数,挡板数,壳程压降,，可行,查表,，取 ，,根据所选换热器,传热面积校核,符合要求,型换热器适合,热流体,冷流体,传热系数,水,轻油,重油,气体,水蒸气冷凝,水蒸气冷凝,水蒸气冷凝,水蒸气冷凝,水蒸气冷凝,低沸点烃类蒸气冷凝（常压）,低沸点烃类蒸气冷凝（减压）,水,水,水,水,水,气体,水沸腾,轻油沸腾,重油沸腾,水,水,8501700,340910,60280,17280,14204250,30300,20004250,4551020,140425,4551140,60170,一.管径初选,初取水经济流速,由于87,mm,不是标准管径，因此确定,经计算,符合经济流速范围,故确定 ，,二,.,压头,在水槽液面及压力表,2,处列伯努利方程 ，如图,取,， ，,查图,得,=0.025,局部阻力,：,底阀,1,个 标准,90,弯头,3,个 球心阀,1,个,流入换热器,流出换热器,故,换热器压降,工艺要求,要求将温度为 的某液态有机物冷却至 ，此有机物的流量为,。,现拟用温度为 的冷水进行冷却。要求换热器管壳两侧的压降皆不应超过 。已知有机物在 时物性数据如下：,流程,管路布置,如图,（参考图），已知泵进口段管长 ，,泵出口段管长 。（均不包括局部阻力损失）,流体,污垢热阻,流体,污垢热阻,水,溶剂蒸汽,0.14,蒸馏水,0.09,水蒸气,海水,0.09,优质（不含油）,0.052,清净的河水,0.21,劣质（不含油）,0.09,未处理的凉水塔用水,0.58,往复机排出,0.176,已处理的凉水塔用水,0.26,液体,已处理的锅炉用水,0.26,处理过的盐水,0.264,硬水、井水,0.58,有机物,0.176,气体,燃料油,1.056,空气,0.260.53,焦油,1.76,常见流体的污垢热阻,由换热器系列标准,选 型换热器,外壳直径,D/mm,500,管程数,Np,2,管长,l/m,4.5,公称压强,P/,Mpa,1.6,管子排列方式,正方形,管数,N,T,124,公称面积,A/m,2,43,管子尺寸/,mm,25,2.5,管中心距,t/mm,32,