换热器计算步骤

第2章工艺计算

2.1设计原始数据

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

（9）选取管长I。

（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 i和壳程挡板形式及数量等

（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 C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=420 295357.5 C (2-1 )

2

管程流体的定性温度：

310 330

T= 320 C

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。

232物性参数

管程水在320C下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1 ]

壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]:【锅炉手册饱和水蒸气表]

2.4估算传热面积

2.4.1热流量

根据公式（2-1）计算：

Q Wc p t

【化原 4-31a 】

（2-2）

将已知数据代入 （2-1）得：

Q WC p i t ,=60000X 5.495 X 103 （330-310）/3600=1831666.67W

式中： W ――工艺流体的流量，kg/h ;

C pi ――工艺流体的定压比热容，kJ/ kg .K ; t 1 ――工艺流体的温差，C ； 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：

按逆流计算将已知数据代入

（2-3）得:

式中： t m ――逆流的对数平均温差，C ；

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

图2-1列管式换热器内流型

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 i .K 则估算传热面积为

t m

t 1 t

2

In

t 1

(2-3)

t m

t 1

t

2

420 330

310 295

‘ 41.86 C

420 330 In

310 295

Q K t m

（化工原理式4-43） (2-4)

4

式中：S ――估算的传热面积,

t m ――平均传热温差，C 。

考虑的面积裕度，则所需传热面积为：

S' S 1.15 112.88 1.15 125.8m 2

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u i 1m/s

2•管程数和传热管数

依红书3-9式 n —社,可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数

2

d u

将已知数据代入 （2-3）得:

S 亠183166667

109.39 m 2

K t m 400 41.86

K ――假设传热系数, w/m °

c ； 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 (2-4) 得:

1831666.67

17392.68 kg/h

3.033 (420 295)

(2-6)

式中Q 热流量，W

C

p2

疋压比热谷，kJ/ kg c ； t 2

热流体的温差，c ；

W

热流体的质量流量， kg/h

(2-5)

Q C p2 t 2

(2-7)

16.67

7097

74.8 75(根)

2

-0.02 1 4

式中q

v ——管程体积流量，m

Z'；

n ――单程传热管数目； di ------传热管内径，mm ； u ――管内流体流速，m s 。

按单管程计算，依红书3-10,所需的传热管长度为

A P

125.8

“c c \

L

P

21.3 m

(2-8)

d °

n

s

0.025 75

式中L ――按单程管计算的传热管长度，m

A p ――传热面积， m 2 ； 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I 6m ,则该换热器的管程数为

L 21.3 N P I 6

3.56 4 (管程) (2-9) 传热管总根数 N T

n s N P

75 4 300 (根)

(2-10)

式中，d 。

—管子外径，m ；

N T 传热管总根数，根；

d 。

-管子外径，m ；

3.换热器的实际传热面积，依据 红书3-12，

A d 0IN T 3.14 0.025

6 300 141.3 m 2

(2-11)

N T 换热器的总传热管数; A 换热器的实际传热面积

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

6

2

7d i

U

i