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t1′=145℃；

过冷却水出口温度t1〞=45℃；

过冷却水工作压力P1=0.75Mp a（表压）

冷水流量G1=80000kg/h；

冷却水进口温度t2′=20℃；

冷却水出口温度t2〞=50℃；

冷却水工作压力P2=0.3 Mp a（表压）。改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp

2)定性温度及物性参数：

冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃；

冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3；

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℃；

过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；

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；

过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。

过冷水的工作压力P1=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：

过冷却水流量：

；

4)有效平均温差

逆流平均温差：

根据式（3-20）计算参数p、R:

参数P：

参数R：

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：

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：

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：

取720根

管程流通截面积：

m2

管程流速：

m/s 管程雷诺数：

湍流

管程传热系数：（式3-33c）

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：

取20根； 壳体内径：

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：

折流板间距：

m

折流板数量：

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：

m/s ；

壳程质量流速：

kg m 2

/s ；

壳程当量直径：

m ； 壳程雷诺数：

；

布管示意图

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 Pa.s

粘度修正系数：

根据式（3-62）计算壳程换热系数：

8）传热系数计算：

水侧污垢热阻：r2=0.000344m2.℃/w

管壁热阻r忽略

总传热系数：

传热系数比值，合理

9）管壁温度计算：

管外壁热流密度：

Ｗ/m2.℃

根据式(3-94a)计算管外壁温度：

℃

误差较核：

℃，误差不大；

10）管程压降计算：

根据式(3-94b)计算管内壁温度：

℃；壁温下水的粘度：Pa·s；

粘度修正系数：

；

查图3-30得管程摩擦系数：

管程数：；

管内沿程压降计算依据式（3-112）：

Pa （W=w.ρ）回弯压降：

Pa；

取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s； (依据ρw2<3300取 w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据 3-113)：

；

管程结垢校正系数：；

管程压降：

11）壳程压降计算：

壳程当量直径：

m；

雷诺数：

；

查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34)

管束压降（公式3-129）：

Pa；

取进出口质量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：

Pa；

取导流板阻力系数：;