四、列管式换热器得工艺计算
4、1、确定物性参数:
定性温度:可取流体进口温度得平均值
壳程油得定性温度为
T=(140+40)/2=90℃
管程流体得定性温度为
t=(30+40)/2=35℃
根据定性温度,分别查取壳程与管程流体得有关物性数据煤油在定性温度下得物性数据:
ρo=825kg/m3
μo=7、15×10-4Pa•S
c po=2、22KJ/(Kg•℃)
λo=0、14W/(m•℃)
循环冷却水在35℃下得物性数据:
ρi=994kg/m3
C pi=4、08KJ/(kg、℃)
λi=0、626W/(m、℃)
μi=0、000725Pa、s
4、2、计算总传热系数:
4、2、1、热流量
m o=［(15、8×104)×103］/(300×24)=21944Kg/h
Q o=m o c po t o=21944×2、22×(140-40)=4、87×106KJ/h=1353KW
4、2、1、2、平均传热温差
4、2、1、3、冷却水用量
W i=Q o/C piΔt=4、87×106/(4、08×(40-30))=119362 Kg/h 4、2、2、总传热系数K
=0、023×××
=4759W/(、℃﹚
壳程传热系数:假设壳程得传热系数
污垢热阻
管壁得导热系数λ=45W/﹙m、℃﹚
则总传热系数K为:
4、3、计算传热面积
S’=Q/(KΔt)= (1353×103)/(310×39)=111、9m2
考虑15%得面积裕度,S=1、15×S’=128、7 m2
4、4、工艺结构尺寸
4、4、1、管径与管内流速
选用φ25×2、5传热管(碳钢),取管内流速μi=1m/s
4、4、2、管程数与传热管数
依据传热管内径与流速确定单程传热管数
=(119362/(994×3600)
0、785×0、022×1
=106、2≈107根
按单程管计算,所需得传热管长度为
=128、7/(3、14×0、025×107)=15、32m
按单程管设计,传热管过长,宜采用多管程结构。

现取传热管长L=6m,则该换热管程数为
=15、32/6=2、6≈3管程
传热管总根数
N=107×3=321根
4、4、3、平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
按单壳程,双管程结构,温差校正系数应查有关图表。

但R=10得点在图上难以读出,因而相应以1/R代替R,PR代替P,查同一直线,可得
4、4、4、传热管排列与分程方程方法
采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。

取管心距t=1、25d o,则
t=1、25×25=31、25≈32(mm)
横过管束中心线得管数
=1、19=22根
采用多管程结构,取管板利用率η=0、7,则壳体内径为
=1、05×
=723mm
圆整可取D=800mm
4、4、
5、折流板
采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径得25%,则切去得圆缺高度为h=0、25×800=200(mm)
故可取h=200(mm)
取折流板间距B=0、3D,则
B=0、3×800=240(mm),可取B为250mm。

折流板数
=6000/250-1=23块
折流板圆缺面水平装配。

4、4、6、接管
壳程流体进出口接管:取接管内油品流速为u=1、0m/s,则接管内径为
=)
=0、097m
取管内径为100mm
管程流体进出口接管:取接管内循环水流速u=1、5m/s
则接管内径为
d2==0、17m
取标准管径为170mm
4、5、换热器核算
4、5、1、热量核算:
壳程对流传热系数对圆缺形折流板,可采用克恩公式
当量直径,由正三角形排列得
===0、020(m)
壳程流通截面积
=0、24×0、8×=0、042m
壳程流体及雷诺数为
u0=m/s
Re0=0、02×0、176×825/0、000715=4062m/s
普兰特准数
粘度校正
a0=0、36×(0、140/0、02) ×40620、55×11、34 ⅓×1=547W/(m2•℃)
4、5、2、管程对流传热系数
管程流通截面积
S i=0、785×0、022×107=0、0336m2
管程体流速
u i=(119362/(3600×994))/0、0336=0、992m/s
Re=0、02×0、992×994/0、000725=27201、3
普兰特准数
a i=0、023×(0、626/0、02)×27201、30、8×4、730、4=4730、2W/(m2•℃)
4、5、3、传热系数K
查有关文献知
管外侧污垢热阻:
管内侧污垢热阻:
管壁热阻:查有关文献知碳钢在该条件下得热导率为λ=45W/(m、K)
=365、3
4、5、4、传热面积S
S=Q/(KΔt)=1353×103/(365、3×32)=115、7m2
该换热器得实际传热面积S p
S p=πd0L(N-n c)=3、14×0、025×6×(321-22)=140、8m2
该换热器得面积裕度为
=(140、8-115、7)/115、7
=21、69％
传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务
4、5、5、换热器内流体得流动阻力
管程流动阻力
Ft=1、4 Ns=1 Np=3
由Re=27201 传热管相对粗糙度0、01/20=0、0005,查莫狄图得λf=0、032W/(m2•℃) 流速u=0、992m/s ρ=994kg/m3所以
△P1=0、032×(6/0、02)×((0、9922×994)/2)=4733Pa
△P2=3×994×0、9922/2=1479Pa
ΣΔPi=(4733+1479)×1、4×3×1=26091Pa﹤105Pa
管程流动阻力在允许得范围之内
壳程流动阻力
Ns=1 Fs=1、15
流体流经管束得阻力
F=0、5
f=5、0×Re0-0、228=5×4062-0、228=0、752
n c=22 N B=23 u0=0、176m/s
=0、5×0、752×22(23+1)×825×0、1762/2
=2537Pa
流体流过折流板缺口得阻力
B=0、25m D=0、8m
△P2’=23×(3、5-(2×0、25/0、8))×(825×0、1762/2) =845Pa
=(2537+845)×1×1、15
=5073Pa﹤10KPa
均符合要求,故所设计得换热器符合条件。