(完整版)换热器计算步骤..

第2章 工艺计算

2.1设计原始数据

表2—1

名称 设计压力 设计温度 介质 流量 容器类别 设计规范

单位 Mpa ℃ / Kg/h / /

壳侧 7.22 420/295 蒸汽、水 III GB150

管侧 28 310/330 水 60000 GB150

2.2 管壳式换热器传热设计基本步骤

（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能

（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

（3）确定流体进入的空间

（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据

（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核

（6）选取管径和管内流速

（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核

（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍

（9）选取管长 0l

（10）计算管数 TN

（11）校核管内流速，确定管程数

（12）画出排管图，确定壳径iD和壳程挡板形式及数量等

（13）校核壳程对流传热系数

（14）校核平均温度差

（15）校核传热面积

（16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。

第2章 工艺计算

2.3 确定物性数据

2.3.1定性温度

由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。

对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为：

t=420295357.52℃ （2-1）

管程流体的定性温度：

T=3103303202℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

2.3.2 物性参数

管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考 物性数据 无机 表1.10.1】

表2—2

密度 ρi-=709.7 ㎏/m3

定压比热容 cpi=5.495 kJ/㎏.K

热导率 λi=0.5507 W/m.℃

粘度 μi=85.49 μPa.s

普朗特数 Pr=0.853

壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册 饱和水蒸气表】

表2—3 密度 ρo=28.8 ㎏/m3

定压比热容 cpo=3.033 kJ/㎏.K

热导率 λo=0.0606 W/m.℃

粘度 μo=22.45 μPa.s

普朗特数 Pr=1.122

2.4估算传热面积

2.4.1热流量

根据公式（2-1）计算：

pQWct 【化原 4-31a】

（2-2）

将已知数据代入 （2-1）得：

111pQWCt=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W

式中： 1W——工艺流体的流量，kg/h；

1pC——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K；

1t——工艺流体的温差，℃；

Q——热流量，W。

2.4.2平均传热温差

根据 化工原理 4-45 公式（2-2）计算：

1212lnmttttt （2-3）

按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得：

121242033031029541.86420330lnln310295mttttt℃ 第2章 工艺计算

式中： mt——逆流的对数平均温差，℃；

1t——热流体进出口温差，℃；

2t——冷流体进出口温差，℃；

可按图2-1中（b）所示进行计算。

图2-1 列管式换热器内流型

2.4.3传热面积

根据所给条件选定一个较为适宜的K值，假设K=400 W/m2.K则估算传热面积为:

mtKQS （化工原理 式4-43） （2-4）

将已知数据代入 （2-3）得： 2m39.10986.4140067.1831666tmKQS

式中：S——估算的传热面积，2m；

K——假设传热系数，W/m2.℃；

mt——平均传热温差，℃。

考虑的面积裕度，则所需传热面积为:

28.12515.188.11215.1'mSS （2-5）

2.4.4热流体用量

根据公式（2-4）计算：由化工原理热平衡公式

pQWct

将已知数据代入 （2-4）得：

kg/h68.17392)295420(033.367.1831666222tCQWp （2-6）

式中Q——热流量，W；

2pc——定压比热容，kJ/㎏.℃；

2t——热流体的温差，℃；

2W——热流体的质量流量，kg/h。

2.5 工艺尺寸

2.5.1管数和管长

1.管径和管内流速

根据红书 表3-2 换热管规格

表2-4

材料 钢管标准 外径厚度

/（mmmm） 外径偏差

/mm 壁厚偏差

碳钢

GB8163 252.5 20.0 %10%12

根据 红书 表3-4 取管内流速smi/1u

⒉管程数和传热管数

依红书3-9式

undqv24，可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数

758.74102.047.70967.164n22udqiivs（根） (2-7)

式中qv——管程体积流量，s3m ； 第2章 工艺计算

n——单程传热管数目；

id——传热管内径，mm；

u——管内流体流速，sm。

按单管程计算,依红书3-10,所需的传热管长度为

mndAsop3.2175025.08.125L (2-8)

式中 L——按单程管计算的传热管长度，m

Ap——传热面积，2m；

do——换热管外径，m。

按单管程设计，传热管过长，则应采用多管程，根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长ml6,则该换热器的管程数为

456.363.21lLNp（管程） (2-9)

传热管总根数 300475NnNpsT（根） (2-10)

式中， 0d——管子外径，m；

'TN——传热管总根数，根；

0d——管子外径，m；

3.换热器的实际传热面积，依据红书3-12，

203.1413006025.014.3mlNdAT （2-11）

式中，。换热器的实际传热面积换热器的总传热管数；ANT

2.5.2平均传热温差校正及壳程数

选用多管程损失部分传热温差，这种情况下平均传热温差校正系数与流体进出口温度有关，其中按红书3-13a 3-13b

1221TTRtt热流体的温差冷流体的温差 （2-12）

2111ttPTt冷流体的温差两流体最初温差 （2-13） 将已知数据代入（2-12）和（2-13）得：

12214202950.75330310TTRtt

21113303100.22420310ttPTt

按单壳程，四管程结构，红书图3-7，查得校正系数[1]：

图2-2 温差校正系数图

0.96t；

平均传热温差 按式（2-9）计算：

mttt塑 （2-14）

将已知数据代入（2-9）得：

0.9641.8640.2mtttC。塑 第2章 工艺计算

式中 ：mt——平均传热温差，℃；

t——校正系数；

t塑——未经校正的平均传热温差，℃。

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流量较大，故取单壳程合适。

传热管排列方式：采用正三角形排列

每程各有传热管75根，其前后官箱中隔板设置和介质的流通顺序按 化工设计

3-14 选取

取管心距：

01.28td （2-15）

则管心距：

mm322528.1d28.1ot

根据标准选取为 32mm：

隔板中心到离其最近一排管中心距

mmts22623262 （2-16）

各程相邻传热管的管心距为2s=44mm。

每程各有传热管75根，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按图2-4选取。

图2-3组合排列法

图2-4 隔板形式和介质流通顺序

⒌壳体内径

采用多管程结构，壳体内径可按式计算。正三角形排列，4管程，取管板利用率为0.70.8~.60，取，则壳体内径为

)mm(5.6957.03003205.105.1NTtD. （2-17）

式中：D——壳体内径,m;

t——管中心距,m;

NT——横过管束中心线的管数

按卷制圆筒进级挡圆整，取为D=700mm。