换热器的选择

(一)确定设计方案

（1）选择换热器的类型两流体的温度变化情况：

热流体进口温度78.2℃，出口温度为78.2℃

冷流体进口温度为20℃，出口温度为28℃

该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，

估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用固定管板式换热器。

（2）管程安排

总体考虑，应使混合气体走壳程，循环冷却水走管程。（二）确定物性数据

故壳程混合气体的定性温度为T=78.2+78.2

2

=78.2℃

管程流体的定性温度为T=20+28

2

=24℃

查得有关数据计算出混合气体在78.2℃下的有关物性数据如下：

ρh=766.1Kg

m3λc=0.215W

m℃

μ=0.599×10−3Pas

查得循环水在24℃下的物性数据如下：

Ρc=997.2Kg

m3C pc=4.179KJ

Kg℃

λc=0.606W

m℃

μ=0.92×10−3Pas

(三)估算传热面积

(1)热负荷计算Q T=q m,h r=25411

3600

×1190=8400K W

（2）冷却水用量q m,c=Q T

C pc∆t =8400×103

4.179×103×(28−20)

=251.26Kg/s

(3)平均传热温差，先按照逆流计算得

∆t m=(78.2−28)−(78.2−20)

ln78.2−28

78.2−20

=54.1℃

(4)初算传热面积

由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K= 600W/(m2℃),则估算的传热面积为

S 估=

Q T

K∆t m

=

8400×103

600×54.1

=258.78m2

(5)初选换热器型号

有固定管板式换热器的系列标准，初选换热器型号的主要参数如下：外壳直径1000mm 公称压力4.0MPa 公称面积258.7m2

管子尺寸Φ25mm×2mm管字数749 管长4500mm

管程流通面积0.2594m2

实际换热面积

S0=nπd0(L−1)=749×3.14×0.025×(4.5−)=258.7m2采用此换热面积的换热器,要求过程的总传热系数为：

K0=

Q T

S0∆t m

=

8400×103

258.7×54.1

=600.2m2

（四）核算压力将

（1）管程压力降∑∆P i=(∆P1+∆P2)F t N s N p

F t=1.4N s=1N p=1

管程流速u i=q m,c

ρc A i =251.26

997.2×.2594

=0.9713m/s

R e

i =d i u iρc

μ

=0.021×0.9713×997.2

0.92×10−3

=2.2×104（湍流）

由于碳钢管，取管壁粗糙度ε=0.1m

εd i =0.1

21

=0.0048

由λ−R e 关系图中查得λ=0.033 ∆P 1=

λL d i ρc u i 22=0.033× 4.50.021

×

997.2×0.97132

2

=3317.4Pa

∆P 2=3ρc u i 22=3×997.2×0.97132

2

=1298.4Pa

∑∆P i =(3317.4+1298.4)×1.4×1×1=6462.12Pa （2）壳程压力降∑∆P 0=(∆P 1＇

+∆P 2＇

)F s N s F s =1 N s =1

∆P 1

＇=Ff 0n c (N B +1)

ρh u 022

管子为正三角形排列，F =0.5

n c =1.1√n =1.1√749=30.1取n c =30 取折流挡板间距z =0.3m

D 5

N B =L z

−1=4.50.3

−1=14

壳程流通面积

A 0=z (D −n c d 0)=0.3×(1−30×0.025)= 0.075m 2 壳程流速 u 0=

q m,h ρh A 0

=

254113600×766.1×0.075

=0.127m/s

R e 0=

d 0u 0ρh μh

=

0.025×0.127×766.1

43.38×10−5

=5.43×104>500

f 0=5.0R e 0−0.228=5.0×(5.53×104)−0.228=0.42

所以∆P 1

＇

=0.5×0.42×30×15×766.1×0.1232

2

=547.7Pa

∆P 2

＇

=N B (3.5−

2Z D )ρh u 022

=14×(3.5−2×0.3

1

)×

766.1×0.1232

2

=333Pa

∑∆P 0=(547.7+333)×1.0×1=907Pa

（五）核算总传热系数