多壳程列管式换热器的设计方案

多壳程列管式换热器的设

计方案

一、符号说明：

二、1.1 物理量（英文字母）

C p定压比热容，KJ/(kg.°C ) n管数

Q m热容量流率比 N程数

d 管径,m P 压强, Pa

D 换热器壳径,m q 热通量,W/m²

f 摩擦系数 Q 传热速率或热负荷,W F 系数 r 汽化热或冷凝热KJ/k

g g 重力加速度, m/s² R 热阻，m².ºC/W B 挡板间距 S 传热面积，m²

K 总传热系数,W/(m².ºC) T 流体温度，º C

I 长度,m t 流体温度，º C

L 长度,m v 流速m/s

1.2 物理量（希腊字母）

α对流传热系数,W/(m².ºC) µ黏度，Pa.s

λ导热系数,W/(m².ºC) 密度,kg/m³

ε传热系数ψ校正系数

二、设计目的

通过课程设计进一步巩固本课程所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学知识系统化。通过本次设计，应了解设计的内容、方法及步骤，使学生有调研技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书的能力。

三、参数与条件设置：

3.1 已知参数：

（1）热流体（柴油）：T1=180℃，T2=130℃，

W h=36000kg/h；

（2）冷流体（油品）：t1=60℃，t2=110℃，压力0.4MPa；

3.2 设计条件：

（1）壳程数：2；

（2）压力降△p<10~100kPa（液体）；1~10kPa（气体）；雷诺数Re<5000~20000（液体）；

10000~100000（气体）；

（3）流动空间管材尺寸：Φ19mm×2mm、Φ25mm×2mm、Φ25mm×2.5mm；

（4）管内流速，自选；

（5）传热管排列方式：正三角形排列、正方形排列、正方形错列；

（6）传热面积裕量S：10~25%；

（7）传热管长L，3、4.5、6、9、12m；

（8）折流挡板切口高度与直径之比：0.20、0.30；

（9）管壁内外污垢热阻，自选，R si= 5.1590 ×10-4，R so=3.4394×10-4m².°C/W；

四、设计计算

4.1 确定设计方案

4.1.1选择换热器的类型：

两流体温度的变化情况，热流体进口温度为180℃，出口温度130 ℃。冷流体（原油）进口温度为60 ℃，出口温度110℃。该换热器用有油品进行冷却，内部用油品（煤油、汽油、石脑油），冬季操作温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温与壳体壁温相差较大，因此确定用浮头式列管式换热器。

4.2 确定物性数据

4.2.1 可取流体进口温度的平均值。

管程柴油的定性温度 T=

2130

180+=155°C

壳程油品的定性温度 t =

260

110+=85 °C

由于浮头式换热器拆卸比较简单，应使冷却油柴油走壳程，原油走管程。

柴油在155℃时的物性数据如下：

密度ρ0= 715kg/m³

定压比热容C p0=2.48KJ/(kg.°C )

导热系数λ0=0.113W/(m².ºC)

粘度µo =0.00064Pa.s

原油在85℃时的物性数据如下：

密度ρi= 815kg/m³

定压比热容 C pi = 2.22KJ/(kg.°C ) 导热系数 λi =0.128W/(m ².ºC) 粘度 µi =0.003Pa.s

T 1=180℃, T 2=130℃,t 1=60℃, t 2=110℃

5.3 计算总传热系数： 5.3.1 热流量： =o

Q o ph o t c W ∆

= )(1240/10464.4)130180(48.2360006kw h kJ =⨯=-⨯⨯

5.3.2 平均传热温差：

因为

2121≤=∆∆t t ，C t t t m ︒=∆+∆=∆502

2

1 5.3.3 冷却油用量：

)/(40216)60110(22.210464.46

0h kg t c Q w i pi i =-⨯⨯=∆=

5.3.4 总传热系数： 管程传热系数

2717

003

.0815

5.002.0Re =⨯⨯=

=

i

i

i i u d μρ

22.25)128

.0003.022.2()2717(020.0128.0023.0)

()(023.04

.08.04

.08.0=⨯⨯=⨯=i i p i i i i i i i c u d d λμμρλα

壳程传热系数

假设壳程的传热系 αo = 290W/(m ².ºC)

污垢热阻 R si = 5.1590 ×10-4

m ².°C/W R so = 3.4394×10-4

m ².°C/W

管壁的导热系数λ=45W/(m ².ºC)

6871

104394.30225.045025.00025.0020.0025.0101590.5020.022.25025.01

1

1

440

000=+

⨯+⨯⨯+⨯+⨯=

++++=

--ααλαso i i si i i R d bd d d R d d K

5.4 计算传热面积

)(1.3650

68710124023,

m t K Q S m =⨯⨯=∆= 考虑15%的面积裕度，)(448.411.3615.115.12,m S S =⨯=⨯= 5.5 工艺结构尺寸 5.5.1 管径和管内流速

选用φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速u i =0.5m/s

表5-1 换热器常用流速的范围