列管式换热器的设计计算

2.4 列管换热器设计示例某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140冷却至40，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30，出口温度为40。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。1确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40冷流体(循环水)进口温度30，出口温度40。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。（2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/。2确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为()管程流体的定性温度为()根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90下的有关物性数据如下：密度 o=825 kg/m3定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg)导热系数 o=0.140 W/(m)粘度 o=0.000715 Pas循环冷却水在35下的物性数据：密度 i=994 kg/m3定压比热容 cpi=4.08 kJ/(kg)导热系数 i=0.626 W/(m)粘度 i=0.000725 Pas3计算总传热系数（1）热流量Qo=Wocpoto=60002.22(140-40)=1.32106kJ/h=366.7(kW)（2）平均传热温差()（3）冷却水用量(kg/h)（4）总传热系数K管程传热系数W/(m)壳程传热系数假设壳程的传热系数o=290 W/(m2)；污垢热阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的导热系数=45 W/(m)=219.5 W/(m)4计算传热面积(m2)考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.1542.8=49.2(m2)。5工艺结构尺寸（1）管径和管内流速选用252.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。（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按单程管计算，所需的传热管长度为(m)按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为(管程)传热管总根数 N=582=116(根)（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数第2章 换热器设计按单壳程，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，查同一图线，可得t=0.82平均传热温差tm=ttm=0.8239=32()（4）传热管排列和分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=1.25 d0，则t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数(根)（5）壳体内径采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为(mm)圆整可取D450mm（6）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h0.25450112.5(mm)，故可取h110 mm。取折流板间距B0.3D，则B0.3450135(mm)，可取B为150。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)折流板圆缺面水平装配。（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u1.0 m/s，则接管内径为取标准管径为50 mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.5 m/s，则接管内径为6换热器核算（1）热量核算壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式当量直径，由正三角形排列得(m)壳程流通截面积(m)壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正 W/(m2)管程对流传热系数管程流通截面积(m2)管程流体流速普兰特准数W/(m2)传热系数K=310.2 W/(m)传热面积S(m2)该换热器的实际传热面积Sp( m2)该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。（2）换热器内流体的流动阻力管程流动阻力Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re13628，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.037 W/m，流速ui0.497 m/s，994 kg/m3，所以管程流动阻力在允许范围之内。壳程阻力Po=(P1+P2)FtNsNsl，Ftl流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力总阻力Po1202636.21838.2(Pa)10 kPa壳程流动阻力也比较适宜。换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-13。