管壳式换热器换热管根数的估算

管壳式换热器换热管根数的估算

王　玉　常　阳　支　歆

沈阳仪器仪表工艺研究所　沈阳市　110043

贾书鹏

大连冷冻机股份有限公司　辽宁省大连市　116033

【摘要】根据行业标准JB/T4715-92,JB/T4716-92有关内容绘出公式n=(D/ad)2中系数a的变化曲线,从曲线分析结果中得出一些有价值的结论。

关键词:管壳式换热器　壳径　管径　程数　管数　系数a

The Estimate of H eat Exchange Tubes Number

in the Tubular H eat Exchanger

W ang Yu　Chang Yang　Zhi Xin

Shenyang Institute of Instrumentation Technology,Shenyang110043

Abstract:According to the JB/T4715-92.JB4716-92,the curves of coefficient a in the formula n=(D/ad)2are given,some worthy conclusions are drawn by analyzing the curves.

K ey Words:Tubular Heat Exchanger,Diameter of Shell,Diameter of Tube,Number of Passes,Number of Tubes,Coeffi2 cient a.

1　引　言

布管是管壳式换热器设计重要内容之一。通常,在壳径、管径、程数、排列方式确定后,即可按G B151相关内容,手工或计算机自动布管(如化工设备CAD 软件包(V2.0)LBJ38),给出准确管数。

但有时尚未进行到正式设计阶段,无法知道准确管数,能否在已知部分参数的情况下,估算出管数是很有必要的。文献〔1〕介绍一种估算方法:

n=(D/ad)2

式中　n———换热管根数;

D———管壳式换热器壳内径,mm;

d———换热管外径,mm;

a———系数,取1.5～1.7。

该公式适用于管心距P=(1.3～1.5)d。其形式简单,但使用的范围、误差、系数a的具体选取办法,文献〔1〕均未介绍,还有,按G B151规定,除小于等于Ф20规格换热管管心距在公式适用范围内,其余管心距均小于1.3d,已超出公式使用范围。

G B151适用的固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器,从布管角度讲,固定管板式属一类;U 形管式属一类;浮头式和填料函式属一类。U形管由于受到弯曲半径的限制,分程隔板槽两侧相邻管中心距需按2倍的弯曲半径选取。况且,单根U形管通常包括一个弯管段和两个直管段,管数不到同壳径的固定管板式1/2;浮头式和填料函式受浮头管板和浮头管板裙的影响,布管数大为减少,仅相当于小一规格的固定管板式布管数。因而,固定管板式是同规格中布管密度最大,布管根数最多的一种形式,并且也是最常用的结构形式。本文以行业标准JB/T4715—92“固定管板式换热器型式与基本参数”;JB/T4716—92“立式热虹吸式重沸器型式与基本参数”为基础,探讨公式n =(D/ad)2中系数a的选取办法。

2　标准范围内系数a的变化

2.1　为简化起见,特作如下假设

(1)用钢管(DN159～DN325)制造换热器筒体,钢管壁厚定为10mm。因壳径较小,拉杆孔位数占总管数比例较高,故按G B151规定,拉杆数定为4,另加到管子根数里。

(2)卷制筒体(DN≥400mm)中,除DN400及采用Ф38换热管DN500的拉杆孔数按G B151规定为

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第1期・管件与设备・

4,另加到管子根数里,其余拉杆数所占比例极小,换热

管根数不考虑拉杆孔占位。

(3)按正三角形布管。

(4)换热管管径限于常用的Ф19、Ф25、Ф38三种规格,管心距分别为25mm 、32mm 、48mm 。2.2　系数变化曲线

根据标准JB/T4715—92,JB/T4716—92中给出的管径、管数、壳径的关系,按公式a =(D/d )n -

0.5(由n

=(D/ad )2导出

)计算系数a ,然后根据数值按不同条件分别绘出图1～6

,共6组不同形式的曲线图。

图1

　1管程系数a 变化曲线

图2　2管程系数a

变化曲线

图3　4管程系数a 变化曲线

图4　6管程系数a 变化曲线

图5　不同管程系数a 变化曲线(换热管外径Φ19)

图6　不同管程系数a 变化曲线(换热管外径Φ25)

3　结　论

通过对6组不同条件下曲线变化分析可得出下面几点结论:

(1)系数a 变化范围为1.37～1.89,大于文献〔1〕推荐的1.5～1.7。

(2)相同管径时,随着管程数增加,系数a 变大。

随着壳径增大,系数a 有趋于一致的趋势。这是因为

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2 管道技术与设备

2001年

随着壳径的增大,分程隔板等因素影响趋缓所导致的结果。

(3)对于常用的Ф19,Ф25管径的换热管,同壳径下程数越多,a值越大。

(4)当壳径DN<600mm时,由于a值变化无规律,不适合用公式n=(D/ad)2估算。同样,当换热管管径≥Ф38时,也不适合用该公式。

(5)在壳径DN≥600mm时,不考虑程数影响,可按该公式估算,但系数a宜取1.4～1.6,壳径大时a 取小值,壳径小时a取大值,误差为10.3%～11.6% (Ф19);8.8%～9.1%(Ф25)。

(6)在没有其它资料的情况下,利用本文提供的一组系数a变化曲线,用公式n=(D/ad)2可分别准确地估算出管径Ф19、Ф25、Ф38三种管径换热管,在不同壳径和程数下固定管板式的根数。

(7)U形管式、浮头式和填料函式可仿照固定管板式做法、绘出各自相应曲线。但U形管式管数宜取2倍实际管数,其缘由是每根U形管实际占据两个管孔位置。

参考文献

1　化学工业部第八设计院编.化工传热及燃烧.北京:化学工业出版社,1987.

2　JB/T4715—92,固定管板式换热器形式与基本参数.北京:气象出版社,1993.

3　JB/T4716—92,立式热虹吸式重沸器型式与基本参数.北京:气象出版社,1993.

4　G B151—89,钢制管壳式换热器.北京:学苑出版社,1989.

(收稿日期:2000年5月31日)

(上接第2页)

(1)软件控制方式　计算机根据软件模拟的结果自动下发混油切割操作令,操作人员监视命令执行。

(2)仪表控制方式　混油段进入警戒区域后,计算机根据仪表采集到的数据计算混油参数,据此下发混油切割操作令,操作人员监视命令执行。

(3)人工控制方式　混油段进入警戒区域后,计算机根据仪表采集到的数据计算混油参数,提示混油切割操作令,工人到现场进行操作。各级工作站监视命令执行。混油段切割完成后模块自动进入休眠状态。

批输控制模块自动调整批次编号和混油段编码。4　现场实践

该管线1996年秋季工艺部分投产,1997年夏季SCADA系统投运,此前发生过两起较大的混油事故。SCADA系统投产以后大大地提高了管道操作的可靠性,基本消除了混油事故的隐患。经过长期的运行维护,软件的可靠性有了大幅度的提高,在正常情况下计算机预测混油到达末站的时间与仪表检测的时间差能减小到5min。

经过不断的尝试和改进,控制软件已经基本上能够满足自动控制的要求。管道公司的目标是实现泵站无人职守,这还需要一个过程。目前在705站,已将常驻人员减为2～3人,人工效率居国内领先。5　总　结

每条管道都存在着自身的特点,在SCADA系统中的应用软件必有一些是专用的,在开发之前与用户详细讨论软件的使用需求,完整、全面的资料对软件的开发及日后的维护都很有利。在克—乌线应用软件开发时没能拿到详细的油品物性及沿线地温资料,增加了软件维护的难度。

克—乌线的工艺流程过于复杂,使站内产生的混油量较大,也不利于混油控制。由于软件参与流程切换操作,工艺流程也是应用软件的基础条件。

本管道自投运以来,输油任务不饱满,1998年共输送四种油品798551m3(约合62.3万吨),远未达到每年130万吨的设计输量。独山子首站至703站支线每月仅运行3～4天,1998年输油量仅为84575m3。低输量不仅影响管道的效益,而且流速过低将使混油量增加,在管道设计时资源和市场的调查及规模的选择是很重要的。

随着我国汽车工业的发展,油料的运输必然要成为一个不可回避的问题,发达国家的经验证明管道运输是最佳选择。我国又有几条成品油管道已经或即将开工,我们将迎来成品油管道建设的高潮,克—乌线的实践给我们积累了宝贵的经验。

(收稿日期:2000年8月30日)

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