列管式换热器设计方案计算过程参考

pDi
2
p
C
选取设计压力 p=0.6MPa，壳体材料为 Q235，查的相应的许用应力 113MPa ；
焊接系数 0.65 （单面焊），腐蚀裕度 C 4mm ，所以
排管方式：
0.6 900
4 7.28mm 8mm
2 113 0.65 0.6
横过中心的管子数目：nc=
=21.1，取整 21 根
de=
u
o
=
Vs hD(1
do
)
=
h(D
Vs ncdo
)
=
t
=0.0136m =0.401m/s
Re=
=7456.5, fo=5×Re-0.228=0.13
Δp1’=FfoNc(NB+1) uo2 =0.5×0.128×21X（15+1）×994×0.4012/2=1718.5Pa 2
Δp2’=NB（3.5- 2h ）uo2 =15×(3.5-2×0.275/0.6)×994×0.4012/2=3096.8Pa D2
W/(
m.K)
。
故
1=
=2
Ko (计）
.89×10-3
Ko（计）=346 W/(m 2 .K)
所以， 之间。本设计的换热器可适用
,一般 Ko（计）/ Ko（选）应在 1.15-1.25
7、设计过程的评价及自我体会。
有排管图得出，中心有 21 根管道时，按照正三角形排列，可排 331 根，每边各
加 8 根，总共可以排列 379 根，除去 6 根拉杆，总共可以排出 373，与上述计算
相差不大，所以实际管子数目为 373 根。
实际传热面积 S0=Nπdo（L-0.1）=373×3.14×0.019×（4.5-0.1）=97.9m²
导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K)
比热容 Cpc=1.6 kJ/(kg.K)
苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s
热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W
冷却水用量：Wc=Q/[cpc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
ΣΔpi=（Δp1+Δp2）FtNs=(1718.5+3096.8)×1.15=5537.6Pa＜30Kpa 传热系数校正
总传热系数由下式计算： 1 = 1 +R + bdo + Rsido + do Ko (计） o so dm di i di
其中，管内苯的传热系数α 的计算 i
α
i
=0.023
管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。
（2）壳体直径；
e 取 1.5d0，即 e=28.5mm
Di=t(nc—1)+2e=
19×(
—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸
进行整圆，壳体直径为 600mm。此时长径比为 7.5，符合 6-10 的范围。
壳体壁厚的计算
i di
R ei
0.8
Pr 0.3
=0.023×
=570.8W/( m 2 .K)
管间水的传热系数α 的计算 o
α o
=0.36
o de
Re o0.55
Pr 1/ 3
w0.14
由于水被加热，取粘度校正系数Φw 0.14 =1.05
α =0.36× o
4147.5( m 2 .K)
取 水 与 苯 的 污 垢 热 阻 均 为 1.7197 Χ 10 4 ( m 2 .K)/W ， 钢 管 导 热 系 数 λ =51
（4）流体进出口接管直径等。
苯的进出口管道直径：
=0.15m
经圆整采用Φ159mm×10mm 热轧无缝钢管，实际苯的进出口管内流速为
=0.867m²
水的进出口管道直径：
=0.106m
经圆整采用Φ108mm×5mm 热轧无缝钢管，实际水的进出口管内流速为
=2.5m
6、管、壳程流体的压力降计算。
管程压降：ΣΔpi=（Δp1+Δp2）FtNsNp 管程数 Np=3，串联壳程数 Ns=1，对于Φ19mmΧ2mm 的换热管，结构校正系数为 Ft=1.5。
实际传热系数 K=
W/(m²·K)
（3）折流板尺寸和板间距；
选取折流板与壳体间的间隙为 3.5mm，因此，折流板直径 Dc=600-2Χ3.5=593mm
切去弓形高度
h=0.25D=0.25Χ600=150mm
取折流板间距 ho=300mm
那么 NB=（4.5-0.1）/0.3=14.6 ,取整得 NB=15 块
4、传热面积的计算。 平均温度差
确定 R 和 P 值
查阅《化工原理》上册 203 页得出温度校正系数为 0.8，适合单壳程换热器，平 均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表 4-1 估算总传热系数 K（估计）为 400W/（m²·℃） 估算所需要的传热面积：
冷却水出口温度设计为 t2=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下：
密度ρ=994kg/m3
粘度μ2=0.727Χ10-3Pa.s
导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K)
比热容 Cpc=4.184 kJ/(kg.K)
苯的物性如下：
进口温度：80.1℃
出口温度：40℃
密度ρ=880kg/m3
粘度μ2=1.15Χ10-3Pa.s
实际折流板间距 h=（L-0.1）/(N+1)=（4500-100）/（15+1）=275mm
拉杆的直径和数量与定距管的选定。
选用Φ12mm 钢拉杆，数量 6 条。定距管采用与换热管相同的管子，即Φ19mmΧ
2mm 钢管。
温度补偿圈的选用。
由于（80.1+40）/2-(30+38)/2=26.05＜50℃，故需不虑设置温度补偿圈。
1、换热器类型的选择。
来自百度文库列管式换热器
2、管程、壳程流体的安排。
水走管程，苯走壳程，原因有以下几点：
1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程
2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大
3.干净的物流宜走壳程。而易产生堵、结垢的物流宜走管程。
3、热负荷及冷却剂的消耗量。
冷却介质的选用及其物性。按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度 t1=30℃，
S0=
=75m²
5、换热器结构尺寸的确定，包括：
（1）传热管的直径、管长及管子根数；
由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm
管内流体流速暂定为 0.7m/s
所需要的管子数目：
，取 n 为 123
管长：
=12.9m
按商品管长系列规格，取管长 L=4.5m，选用三管程
管子的排列方式及管子与管板的连接方式:
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需 的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是 否符合小于 30 kPa 的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标 准来完成。具体项目如下： 设计要求： 1. 某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到 40℃；使用的冷
却剂为冷却水，其进口温度为 30℃，出口温度自定。 2. 物料（苯）的处理量为 1000 吨/日。 3. 要求管程、壳程的压力降均小于 30 kPa。
Re=
/di=0.2/14=0.015 查表，得到λ=0.044
, 取 ε =0.2mm ， 即 ε
=5066.6 Pa
△p2=3 /2=3X880X0.72/2=58.8Pa ΣΔpi=5066.6×3×1.5+58.8=22849.7Pa＜30Kpa，满足条件 壳程压降：ΣΔp o =（Δp1’+Δp2’）FsNs,由于管子排列方式对压强降的校正因 子：F=0.5（正三角形排列）