换热器计算步骤

第2章工艺计算

2.1设计原始数据

表2—1

2.2管壳式换热器传热设计基本步骤

（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能

（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

（3）确定流体进入的空间

（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据

（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核

（6）选取管径和管内流速

（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核

（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍

l

（9）选取管长

（10）计算管数

N

T

（11）校核管内流速，确定管程数

（12）画出排管图，确定壳径

D和壳程挡板形式及数量等

i

（13）校核壳程对流传热系数

（14）校核平均温度差

（15）校核传热面积

（16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。

2.3 确定物性数据

2.3.1定性温度

由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。

对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为：

t=420295

357.5

2

+

=℃（2-1）

管程流体的定性温度：

T=310330

320

2

+

=℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

2.3.2 物性参数

管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】

表2—2

壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】

表2—3

2.4估算传热面积

2.4.1热流量

根据公式（2-1）计算：

p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）

将已知数据代入 （2-1）得：

111

p Q WC t =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W 式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；

1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.

K ；

1t ∆——工艺流体的温差，℃；

Q ——热流量，W 。

2.4.2平均传热温差

根据 化工原理 4-45 公式（2-2）计算：

12

12

ln m t t t t t ∆-∆∆=

∆∆ （2-3） 按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得：

()()()()

121242033031029541.86420330ln ln 310295m t t t t t ---∆-∆∆=

==∆-∆-℃

式中： m t ∆——逆流的对数平均温差，℃；

1t ∆——热流体进出口温差，℃； 2t ∆——冷流体进出口温差，℃； 可按图2-1中（b ）所示进行计算。

2.4.3传热面积

根据所给条件选定一个较为适宜的K 值，假设K =400 W/m 2.K 则估算传热面积为:

m

t K Q

S ∆=

（化工原理 式4-43） （2-4）

将已知数据代入 （2-3）得： 2m 39.10986

.4140067

.1831666t =⨯∆=m K Q S

式中：S ——估算的传热面积，2m ；

K ——假设传热系数，W/m 2.℃；

m t ∆——平均传热温差，℃。 考虑的面积裕度，则所需传热面积为:

28.12515.188.11215.1'm S S =⨯=⨯= （2-5）

2.4.4热流体用量

根据公式（2-4）计算：由化工原理热平衡公式 将已知数据代入 （2-4）得： kg/h 68

.17392)

295420(033.367

.1831666222=-⨯=∆=

t C Q W p （2-6）

式中Q ——热流量，W ；

2p c ——定压比热容，kJ/㎏.

℃；

2t ∆——热流体的温差，℃； 2W ——热流体的质量流量，kg /h 。

2.5 工艺尺寸 2.5.1管数和管长

1.管径和管内流速

根据红书 表3-2 换热管规格

表2-4

根据 红书 表3-4 取管内流速s m i /1u = ⒉管程数和传热管数 依红书3-9式 u

n d

q

v 2

4π

=

，可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数

758.74102.04

7.70967

.164n 22

≈=⨯⨯=

=

π

u d q

i

i v s （根） (2-7) 式中q v

——管程体积流量，s

3

m

；

n ——单程传热管数目；

i d ——传热管内径，mm ； u ——管内流体流速，s

m 。

按单管程计算,依红书3-10,所需的传热管长度为 ()m n

d A s

o

p 3.2175

025.08

.125L =⨯⨯=

=

ππ (2-8)

式中 L ——按单程管计算的传热管长度，m A p ——传热面积，2m ；

d

o

——换热管外径，m 。

按单管程设计，传热管过长，则应采用多管程，根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长m l 6=,则该换热器的管程数为 456.36

3

.21≈===

l L N p （管程）

(2-9) 传热管总根数 300475=⨯=⨯=N n N p s T （根） (2-10) 式中， 0d ——管子外径，m ；

'

T N ——传热管总根数，根；

0d ——管子外径，m ；

3.换热器的实际传热面积，依据红书3-12，

203.1413006025.014.3m lN d A T =⨯⨯⨯==π （2-11）

式中，

。

换热器的实际传热面积换热器的总传热管数；

----A N T

2.5.2平均传热温差校正及壳程数

选用多管程损失部分传热温差，这种情况下平均传热温差校正系数与流体进出口温