第2章工艺计算2.1设计原始数据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I。
（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D i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。
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 C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=420 295357.5 C (2-1 )2管程流体的定性温度：310 330T= 320 C2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
232物性参数管程水在320C下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1 ]壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]:【锅炉手册饱和水蒸气表]2.4估算传热面积2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：Q Wc p t【化原 4-31a 】（2-2）将已知数据代入 （2-1）得：Q WC p i t ,=60000X 5.495 X 103 （330-310）/3600=1831666.67W式中： W ――工艺流体的流量，kg/h ;C pi ――工艺流体的定压比热容，kJ/ kg .K ; t 1 ――工艺流体的温差，C ； Q――热流量，W2.4.2平均传热温差根据化工原理4-45 公式（2-2）计算：按逆流计算将已知数据代入（2-3）得:式中： t m ――逆流的对数平均温差，C ；t 1 ――热流体进出口温差，C ； t 2 ――冷流体进出口温差，C ； 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/m i .K 则估算传热面积为t mt 1 t2Int 1(2-3)t mt 1t2420 330310 295‘ 41.86 C420 330 In310 295Q K t m（化工原理式4-43） (2-4)4式中：S ――估算的传热面积,t m ――平均传热温差，C 。
考虑的面积裕度，则所需传热面积为：S' S 1.15 112.88 1.15 125.8m 22.5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根据红书表3-4取管内流速u i 1m/s2•管程数和传热管数依红书3-9式 n —社,可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数2d u将已知数据代入 （2-3）得:S 亠183166667109.39 m 2K t m 400 41.86K ――假设传热系数, w/m °c ； 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 (2-4) 得:1831666.6717392.68 kg/h3.033 (420 295)(2-6)式中Q 热流量，WCp2疋压比热谷，kJ/ kg c ； t 2热流体的温差，c ；W热流体的质量流量， kg/h(2-5)Q C p2 t 2(2-7)16.67709774.8 75(根)2-0.02 1 4式中qv ——管程体积流量，mZ'；n ――单程传热管数目； di ------传热管内径，mm ； u ――管内流体流速，m s 。
按单管程计算，依红书3-10,所需的传热管长度为A P125.8“c c \LP21.3 m(2-8)d °ns0.025 75式中L ――按单程管计算的传热管长度，mA p ――传热面积， m 2 ； d o 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I 6m ,则该换热器的管程数为L 21.3 N P I 63.56 4 (管程) (2-9) 传热管总根数 N Tn s N P75 4 300 (根)(2-10)式中，d 。
—管子外径，m ；N T 传热管总根数，根；d 。
-管子外径，m ；3.换热器的实际传热面积，依据 红书3-12，A d 0IN T 3.14 0.0256 300 141.3 m 2(2-11)N T 换热器的总传热管数; A 换热器的实际传热面积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627d iUi度有关，其中 按红书3-13a 3-13b热流体的温差 「T 2 冷流体的温差 t 2 t i冷流体的温差 t 2 t , 两流体最初温差T , t ,将已知数据代入（2-12） 和（ 2-13）得:按单壳程，四管程结构，红书图3-7，查得校正系数⑴：图2-2温差校正系数图t0.96 ；平均传热温差 按式（2-9）计算：t m t t 塑（2-14）将已知数据代入（2-9）得： 式中：t m ――平均传热温差，°C ；t――校正系数；t 塑一一未经校正的平均传热温差，C 。
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：t 1.28d o（2-15）则管心距：根据标准选取为 32mm : 隔板中心到离其最近一排管中心距t 32 s 66 22mm22（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。
(2-12)(2-13)图2-3组合排列法图2-4隔板形式和介质流通顺序5•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0.6 ~ 0.8, 取 0.7，贝U 壳体内径为式中：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 。
2.5.3折流板管壳式换热器壳程流体流通面积比管程流通截面积大，为增大壳程流体的流速，加 强其湍动程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。
单壳程的换热器仅需要设置横向 折流板。
采用弓形折流板，弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 20%~25%取25%取则切去的圆缺高度为:h 0.25 700 175mm故可取h 180mm取折流板间距B 0.3D ，则B 0.3 700210 (mm)可取为B=250mm 折流板数N B折流板圆缺面水平装配。
化工设计图3-15图2-5 弓性折流板（水平圆缺）2.5.4其它附件拉杆拉杆数量与直径：由化工设计表4-7表4-8该换热器壳体内径为700mm 故其拉杆D 1.05tN T1.05 32 炉％ 7 695.5 (mm).(2-17)(2-18)(2-19)N B传热管长6000 -1 -折流板间距 25023(块)(2-20)SoB D(1 ¥)°250.7 (1 器)0.038(m gBD(1 严)(2-24)直径为© 16拉杆数量为6个2.5.5接管依据化工原理 式1-24壳程流体进出口接管：取接管内水蒸气流速为 u i 4.42m/s ，则接管内径为圆整后可取内径为D 1150mm管程流体进出口接管：取接管内液体流速为 U2 1m/s ，则接管内径为 圆整后取管内径为D 2=180mm式中：D ——接管内径，m ;u ----- 流速，m/s ； V――热、冷流体质量流量，kg/s2.6换热器核算 2.6.1热流量核算壳程表面传热系数壳程表面传热系数用克恩法计算，见式 红书3-22当量直径，依式 红书3-32b 计算:将已知数据代入 （2-23）得： 式中 d e —当量直径，m ；t —管心距，m ； d 0 —管外径，m 。
壳程流通面积依红书式3-25计算I4 1739(3600 28.8) 4.420.219(m) (2-21)0.36」Re°55 d eJ 3)0.14 w(2-22)d e4( 匸d O ）do(2-23)D i管程流体流速U i 1 （ m/s ）雷诺数Re -i d i ui 709.7 0.026 1 166031.1ii 85.49 10 6普朗特数 Pr 0.853按化工原理 式 i 0.23 -Re 0'8 Pr 0.4得id i式中 B —折流板间距，m ; D —壳体内径，m ;t —管心距，m ；d 。
一管径，m ；S 。
一壳程流通面积，m 2依据红书计算步骤，壳程流体流速及其雷诺数分别为17393u V 。
(36°° 28・8)4.415 (m/s ) o S o0.038Re113275.7222.45 10普朗特数 黏度校正 （_）0.14 1壳程表面传热系数（2-25）（2-26）式中 U 2 —壳程流体流速， m/s ；S 2 —壳程流通面积，2m ・—密度，kg/m3m —热流体的质量流量，kg/h 。
2管内表面传热系数管程流体流通截面积Sid i N T0.022 75 0.0236 （m 2） Si4 i n4（2-28）0.02 4.415 28.8i 0.23 i Re 0'8 Pr 04di(2-30)0.230.5507166031.10'8 0.8530'4562.5(W/m 2 C)0.02式中：Re ——雷诺数；d e ——当量直径，m ；U i――管程流体流速，m/s；i――密度，kg/m3 ；i――粘度，Pa.s 。
Pr ――普朗特数；C pi――定压比热容，kJ/ kg . C ；i ――粘度，Pa.s ； i——热导率，W/m.Co污垢热阻和管壁热阻污垢热阻和管壁热阻可取⑴：化工原理附录20 管外侧污垢热阻 R 0.8598 10 4 ( m 2 •C /W ) 管内侧污垢热阻R o 0.8598 10 4 ( m 2 •C /W )管壁热阻按红书 式计算，查表⑴可得碳钢在该条件下的热导率为 40W /(m.K):(2-31)将已知数据代入 (2-31)得:式中：匕一一管壁热阻，m 2.K/W ； b传热管壁厚，m; w管壁热导率，W/m.Co传热系数K c 按红书3-21计算： 因为i 值更小，故按Ki 计算该换热器的面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务2.6.2壁温核算2.6.2.1温差计算由于工作条件是高温高压，与四季气温相差特别大。