管壳式换热器设计报告

管壳式换热器设计报告

2014-6-13

设计任务书

设计一个管壳式换热器，用冷水冷却工艺废水。 参数如下：

一、设计计算

1、方案确定

（1）热交换器的类型选择：管壳式换热器

（2）流程的选择：由于逆流换热的换热温差大，换热效果好，采用逆流换热，由于自来水易结垢，自来水走管程，所以工艺废水走壳程。 2、计算物性参数

（1）热流体（工艺废水）的物性参数：

100'1=t ℃ 30"1=t ℃ kg/s 56.5/201==h t q m /s m 1067.5331-⨯=v q

定性温度：652

30

1002"1'1=+=+t t ℃ 查65℃下饱和水的物性参数如下： 31kg/m 45.980=ρ K)kJ/(kg 183.41⋅=p C K)W/(m 664.01⋅=λ

/s m 10447.0261-⨯=ν 77.21=r p （2）自来水的物性参数：

15'2=t ℃ 假设50"

2=t ℃ kg/s 11.11/402==h t q m /s m 1017.11332-⨯=v q

定性温度：5.322

50

152"

2'2=+=+t t ℃ 查32.5℃下饱和水的物性参数如下： 32kg/m 83.994=ρ K)kJ/(kg 174.42⋅=p C K)W/(m 622.02⋅=λ

/s m 10769.0262-⨯=ν 14.52=r p 3、估算传热面积

（1）热流量 W 1063.1)30100(418356.5)(6"

1'111⨯=-⨯⨯=-=Φt t C q p m

若按纯逆流计算，其温差为

5050100"2

'1max =-=-=∆t t t ℃ 151530'2"1min =-=-=∆t t t ℃ 1.2915

50ln 1550ln min max min max =-=∆∆∆-∆=

∆t t t t t m ℃

（3）初算传热面积

查表得水水换热的传热系数为1000~2500K)W/(m 2⋅，所以初选 K=1000K)W/(m 2⋅,则估算的传热面积

26

m 01.561.2910001063.1t =⨯⨯=∆Φ=m K A 估

4、工艺结构尺寸

（1）管径和管内流速

选用mm 219⨯Φ的碳钢传热管，查表得，取管内流速m/s 8.0=i u （2）管程数和传热管数

根据传热管内径和流速确定单程传热管数：

05.798.0015.04

14.31017.11423

22

=⨯⨯⨯==-i i v s u d q N π 取80根

按单程，所需传热管长：m 7.1180

019.014.301

.56d 0=⨯⨯=∏=

s N A L 估

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据换热管规格标准，选取换热管长为m 8=l ，则该热交换器的管程数为

25

.73.13≈==l L N p 则传热管总根数 160280=⨯=n 根

（3）对数平均温差和壳程数

该换热器为1-2型，首先计算两个无量纲参数

4.015

10015

50'2'1'

2"2=--=--=t t t t P 2155030100'2"2"1'1=--=

--=t t t t R 查图6-13得其温差修正系数为8.0=ψ，3.231.298.0)(=⨯=∆ψ=∆m m t t ℃，采用单壳程。

（4）传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列，管间距

m m 2475.231925.125.10≈=⨯==d P t

隔板中心到离其最近一排管中心间距 mm 1862

2462=+=+=t P Z 则两程相邻管的管中心间距为36mm （5）壳体直径

取管板利用率为7.0=η，则壳体直径 mm 8.1997

.0160

2405.105.1=⨯

⨯==η

n

P D t

圆整到标准可取mm 325=D ,壁厚8mm （6）折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为mm 25.8132525.0=⨯=h 取折流板间距 mm 5.973253.03.0=⨯==D B

根据标准可取150mm ，折流板数目 53115

.08

1=-=-=B l N B

（7）接管

①壳体流程进出口接管

取管内流速为m/s 1'

=u ，则接管内径为m 085.01

14.31067.5443

'

011=⨯⨯⨯==-u q D v π，圆整后可取管内径为m m 1001=D ②管程流体进出口接管

取管内流速为m/s 1'

=i

u ，则接管内径为m 119.01

14.31017.11443

'

22=⨯⨯⨯==-i v u q D π，圆整后可取管内径为m m 1502=D

5、热交换器校核 （1）传热面积校核

① 管程对流传热系数

流通截面积 222m 014.080015.04

14

.34=⨯⨯==s i i N d A π

流体流速 m/s 798.0014.01017.113

2=⨯==-i v i A q u

雷诺数 446

2

101056.110

769.0015

.0798.0〉⨯=⨯⨯=

=

-νi

i ei d u R 流动属于紊流，14.10014.515600023.0023.04.08.04

.028

.0=⨯⨯==r ei ui P R N

则管程对流传热系数为 K)W/(m 5.415214.100015

.0622

.022

⋅=⨯=

=

ui i

i N d h λ ② 壳程对流传热系数

管子按正三角形排列，传热当量直径为