列管式換熱器選型設(shè)計計算

l=J一．列管式換換熱熱器設(shè)器計過設(shè)程計中的的常見優(yōu)問劣最終要以是否適用、經(jīng)濟(jì)、安全、負(fù)荷彈性大、操作可靠、檢修清洗方便等為考察原則。當(dāng)這些原則相互矛盾時，應(yīng)在首先滿足基本要求的情況下再考慮一般原則。l=J1.流體流動空間的選擇原則不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因為管內(nèi)清洗比較方便。腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排出冷凝液，且蒸氣較潔凈，它對清洗無要求。有毒流體宜走管內(nèi)，使泄漏機(jī)會較少。=1被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。=1粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由 于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，可以提高對流傳熱系數(shù)。8)對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的溫度差較大，對流傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與a大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力。在選擇流體流徑時，上述各點常不能同時兼顧，應(yīng)視具體情況抓住主要矛盾。2■流體流速的選擇=1=1根據(jù)管內(nèi)湍流時對流傳熱系數(shù)a*uo.8,流速增大，則a增大，同時污垢熱阻R.減i Si=1=1小，利于傳熱，從而可減少傳熱面積，節(jié)約設(shè)備費用；但同時又使壓降增大，加大了動力消耗，提高了操作費用。可見應(yīng)全面分析權(quán)衡比較適宜的流速。（1） 所選流速要盡量使流體湍流，有利傳熱。（2） 所選流速應(yīng)使管長或程數(shù)恰當(dāng)。管子過長，不便于清洗管內(nèi)污垢；而管子過短，管程數(shù)增加，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，傳熱溫差減少，均會降低傳熱效果。（3） 粘度大的流體，流速應(yīng)小些，可按滯流處理。（4）高密度流體（液體），阻力消耗與傳熱速率相比一般較小，可適當(dāng)提高流速。在我們教材及換熱器設(shè)計手冊中均給了出一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以供參考。3■管子規(guī)格及排列情況（1）管徑選擇：國內(nèi)換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)件中管子規(guī)格為①25x2.5mm、①19x2mm,在再沸器中可采用①38x3mm。

2）管長：以清洗方便和合理使用管材為原則，系列標(biāo)準(zhǔn)件中采用1.5m，2m，3m和6m四種。（3）管子排列方法管子在管板上的排列方法有三種：正三角形，正方形直列和正方形錯列（見化工原理下冊，天大版，P256,圖4-25）。正三角形排列使用最普遍，在同一管板面積上可以排列較多傳熱管，管外流體攪動較大，對流傳熱系數(shù)較高，但相應(yīng)阻力也較大，管間不易清洗；正方形直列便于清洗管外表面，但傳熱系數(shù)較小；正方形錯列介于上述兩者之間，對流傳熱系數(shù)高于正方形直列。（4）管中心距tmm。管子與管板采用脹管法連接t=（1.3-1.5）do,管子與管板采用焊管法連接t=1.25do,相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于64■折流擋板mm。前面已述常用的有圓缺形和盤環(huán)形擋板（見化工原理下冊，天大版，P257，圖4-27），而又以缺口面積為殼體內(nèi)截面積25%的圓缺形折板用的最廣泛。折流擋板間距h：h=0.2~1D（殼內(nèi)徑），系列標(biāo)準(zhǔn)件中采用的板間距為：固定管板式有150、300、600mm三種，浮頭式有150、

200、300、480和600mm五種。5．流體流動阻力一般分管程、殼程兩部分。一般對液體，流經(jīng)換熱器壓降104-1O5Pa,對氣體，壓降為103-104Pa。二1選試計并初選設(shè)備規(guī)格（1）確定流體在換熱器中的流動途徑：管程及殼程。（2）根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負(fù)荷Q:Q=WhCph（Ti-T2）=WcCpc0-ti）或Q=Wr（3）確定載熱體種類，進(jìn)、出口溫度，根據(jù)熱量衡算式計算載熱體用量4） 計算冷、熱流體的定性溫度，并確定定性溫度下流體的物性（可列表表示）：P、u、C、入、r等。p5） 初算平均溫度差（T-t）m，并根據(jù)溫度校正系數(shù)（?）不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)△t At—At2（珂（6）根據(jù)實際操作情況，初選總傳熱系數(shù)K（珂（6）根據(jù)實際操作情況，初選總傳熱系數(shù)K值。（7）根據(jù)傳熱速率方程，初算傳熱面積S,S需需 ，按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格，并列出所選設(shè)備的基本參數(shù)（殼徑、公稱壓強(qiáng)、公稱面積、管程數(shù)、管子規(guī)格、管長、管子數(shù)、管子排列方法、管心距、折流擋板形式、折流板

數(shù)以及折流板間距等）2．校核（1）總傳熱系數(shù)K：九A?管程a：：無相變時a.=0.023丁R^P』iB.殼程a°：無相變1） 不裝折流擋板時：以當(dāng)量直徑de代替管內(nèi)徑d.,注意de為流動當(dāng)量直徑2） 裝折流擋板：若為25%圓缺形擋板卩\叫^楓心屮匸）014或=0?36扌（譽(yù)）0?55（零）1/3（占）0.14° 應(yīng)用范圍：a） 定性溫度：除卩取壁溫外，其他均取流體進(jìn)、出溫度的算術(shù)平均值。b） Re=2x103~1x106若管子為正方形排列，則de=4(t2一 d若管子為正方形排列，則de=4(t2一 d2)40兀d04(空12--d2)2 4o兀d0o若管子為正三角形排列，則de=相鄰兩管中心距，m；d式中，t外徑，md）u=v/A,A=HD（1-d/t）式中，Ao為流體流過管間最大截面o

積,m2；,H為折板間距，m；D為換熱器外殼內(nèi)徑，m。e)(u/u)o.i4近似值：對氣體，可取1?0,對液體被加熱時，取1.05，對液體被冷卻時，取0.95o3)殼程為蒸汽冷凝時(有相變)，則管間不能裝折流擋板，其對流傳熱系數(shù)a按蒸汽冷凝傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計算。a) 確定管程，殼程污垢熱阻Rsi及Rsod,dbdd,dbd,0+Ro+ 4+Radsid九dsob)K— “ “(2核平均溫度差;1+-

a0根據(jù)所選換熱器結(jié)構(gòu)，計算溫差校正系數(shù)At(傳熱面積ts校sQ 比較與S和S校 設(shè)備若S/S=1.10~1.15,則初選換熱合適。否則需要另設(shè)I校值，重復(fù)以上計算。3■流體力學(xué)計算：包括管程和殼程(1)管程流體阻力LAP：eap=(ap+ap)fnn"式中,AP---直管阻力的壓強(qiáng)降,Pa,A1lpu2i—d2i

AP2AP2回彎管的壓強(qiáng)降，Pa,AP2Pa=匕PU2=3PUj2=口~r ~r，PaF-結(jié)垢校正系數(shù)，①25x2?5mm,tF=1.4，①19x2mm,F=1.5' N,N-管程數(shù)，殼程數(shù)(或串聯(lián)換PS熱器個數(shù))(2)殼程流體阻力LAP①無相變時,LAP=(AP/+AP/)F?N式中，F(xiàn)―-殼程壓降結(jié)垢校正因數(shù),液體：F=1?15；氣體：F=1.0S SN——殼程數(shù)SAP/---流體橫過管束的壓降，Pa,iAP/=F?fn(N+1)專,Pa式中，F(xiàn)---管子排列對壓降校正因數(shù)，正三角形排列：F=0?5；正方形錯列：F=0?4；正方形直列：F=0?3f---殼程流體磨擦系數(shù)，R>500:f=5?f=5?ORe-0.2280降，Pa,橫過管束中心線的管子數(shù)，正三角形排列：n=1?1島；c正方形排列n=1?19石;n為總管數(shù).N―-折流擋板數(shù)D