管壳式换热器传热计算示例(终 ) - 用于合并

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——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℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃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t 1′=145℃；

过冷却水出口温度t 1〞=45℃；

过冷却水工作压力P 1=0.75Mp a （表压）

冷水流量G 1=80000kg/h ；

冷却水进口温度t 2′=20℃；

冷却水出口温度t 2〞=50℃；

冷却水工作压力P 2=0.3 Mp a （表压）。改为 冷却水工作压力P 2=2.5 Mp

2)定性温度及物性参数：

冷却水的定性温度t 2=( t 1′+ t 1〞)/2=(20+50)/2=35℃；

冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m 3；

冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃

冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃

冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；

冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；

过冷水的定性温度t 1=(t 1−t 1′′)==77.5℃；

过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m 3；

过冷水的比热查物性表得C p1=4.192kJ/kg.℃；

过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃；

过冷水的普朗特数查物性表得P r2=2.312；

过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。 过冷水的工作压力 P 1=1.5 Mp a （表压）

3)传热量与水热流量

取定换热器热效率为η=0.98；

设计传热量：

Q 0=G 1·C p1·(t 1−t 1′′)η×10003600⁄

=80000×4.174×(50−20)×10003600⁄=2727013 W

过冷却水流量：

G 2=Q 0C p 2·(t 2′′−t 2′)=3600×7513334.187×1000×(40−30)=93676 t/ℎ ；

4)有效平均温差

逆流平均温差：

∆t count =(t 1′−t 2′′)−(t 1′′−t 2′)ln t 1′−t 2′′t 1′′−t 2′

=(90−50)−(65−20)ln 90−5065−30=42.45 ℃ 根据式（3-20）计算参数p 、R:

参数P ：

P=t2′′−t2′

t1′−t2′

=

50−20

90−20

=0.429

参数R：

R=t1′−t1′′

t2′′−t2′

=

90−65

50−20

=0.833

换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=0.83；有效平均温差：

∆t m=Ψ∆t N=0.92×42.45=40.2 ℃

5)管程换热系数计算：

附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃；

初选传热面积：

A0=Q0

K0·∆t m =751333

400×40.2

=169.59 m2；

选用φ25×2.5无缝钢管作换热管；

管子外径d0=0.025 m；

管子内径d i=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；

管子总数：

n=A0

π·d0·l =169.59

π×0.025×3

=720取720根

管程流通截面积：

A t=n t

2·π

4

·d i2=352

2

·π

4

·0.022=0.11309m2

管程流速：

w2=G2

ρ 2·a2×3600=93676

976×0.11309×3600

=0.23575m/s

管程雷诺数：

Re2=ρ 2·w2·d

μ2=976×0.23575×0.02

370.4×10−6

=12423≫104湍流

管程传热系数：（式3-33c）

α2=3605·(1+0.015t2)w20.8

(100d i)0.2

=

3605(1+0.015×77.5)×0.235750.8

(100×0.02)0.2

=1186W/(m2•°C)

6)结构初步设计：

布管方式见图所示:

管间距s =0.032m （按GB151,取1.25d 0）； 管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定： N c =1.1√N t =1.1·√720=29

取20根；

壳体内径：

D i =s (N c −1)+4d 0

=0.032×28+4×0.025

=0.9 m 取

Di =0.7m ；

长径比： l/D i =3/0.9=3.3 ，合理

选定弓形折流板

弓形折流板弓高： h =0.2D i =0.2×0.9=0.18m

折流板间距： B =D i /3=0.9/3=0.3m

折流板数量： n B =l B ⁄−1=(3/0.9)−1=12

折流板上管孔直径由GB151-2014可确定为 0.0254mm

折流板直径由GB151-2014可确定为 0.6955m

7）壳程换热系数计算

壳程流通面积：

根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积

046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2

壳程流速：

w 1=G 1/3600

ρ 1·f 1=120003600⁄992.9×0.046=0.0.4865 m/s ；

壳程质量流速：

W 1=ρ 1·w 1=992.9×0.4865=483.05kg m 2/s ；

壳程当量直径：

D e =D i 2−N t ·d 02

N t ·d 0=0.92−720×0.0252720×0.025=0.02m ；

壳程雷诺数：

Re 2=ρ 2·w 2·d

μ2=992.9×0.4865×0.02370.4×10−6=26082；

切去弓形面积所占比例按 h/D i =0.2查图4-32得为0.145

壳程传热因子查 图3-24得为j s =20

管外壁温度假定值 t w1′=45℃

壁温过冷水粘度μw1=0.549×10−3 Pa.s

布管示意图