【2017年整理】管壳式换热器.doc

课 程 设 计 吨/年热水的管壳式换热器设计 姓 名 郭宁 系 食品工程学院 业 热能与动力工程 级 热能本 学 号 20122916107 指导教师 邹欣华 2015年 1月 20 日 目录 绪论 1 1设计任务 1 2换热器设计方案的确定 1 2.1确定流体的流量、压力、温度、热负荷 1 2.2管壳等材料的选择 1 3换热器热力计算 1 3.1流体物性数据 1 3.2传热温差 2 3.3传热面积 2 4换热器结构设计 2 4.1管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定 3 4.2管子在管板上的排列方式 4 5换热器校核设计 4 5.1核算总传热系数 5 5.2确定污垢热阻 6 5.3核算压强降 6 6图纸绘制 9 7主要参考文献 9 绪论 换热器的发展动向：换热器的传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但汽油组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更准确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。 1设计任务 处理能力为吨/年热水的管壳式换热器，热水入口温度90℃，出口温度70℃，冷却介质为循环水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，允许压强降不大于105Pa。每年按照320天计算，每天连续24小时运行。 2换热器设计方案的确定 2.1确定流体的流量、压力、温度、热负荷 流量：热水流量吨/年=kg/s 冷却水流量=246kg/s 温度：热水入口温度90℃，出口温度70℃，冷却介质为循环水，入口温度为30℃，出口温度为40℃。 热负荷： 2.2管壳等材料的选择 选取规格为25*2.5mm的无缝钢管， 3换热器热力计算 管程流体的定性温度： ℃ 壳程流体的定性温度： ℃ 3.1流体物性数据 两流体在定性温度下的物性数据如下: 表3-1 物性 流体 密度 ㎏/m3 比热K/(㎏·) 粘度 导热系水 壳程参数P、R: 温差修正系数 =0.954 有效平均温差的计算：℃ 3.3传热面积 由于热负荷过大采用五台换热器并联 实际传热面积（要求实际传热面积比所需传热面积大10-20%） 4换热器结构设计 确定换热器的结构，包括流体流速、换热管直径和长度、管程数、壳程数、壳体尺寸、折流板尺寸、管子排列方式、管间距等。 换热器热水用量： 式中： ———— 冷凝器的热负荷； ———— 冷却水的定压比热；水可取4200； ———— 冷却水进入温度，K或℃； ———— 冷却水出口温度，K或℃。 换热器冷却水体积流量： 4.1管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定 4.1.1确定单程管数n 换热器内热水在管内流速可选取2m/s。设计中选用25×2.5mm钢管作为换热器内换热管。 式中：——— 管内流体的体积流量， ㎡/s； ——— 管子内直径， m； ——— 流体流速，m/s。 圆整为40 取整后的实际流速 4.1.2管程数 管束长度 式中：——— 传热面积，㎡； ——— 按单程计算的管长，m。 管程数 式中： 为选定的每程管长，考虑到管材的合理利用，取6m。 圆整为4 所以换热器的总管数S 根 4.2管子在管板上的排列方式 管子的排列和挡板、隔板的安排如花板布置图采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。 因为壳程流体压力较大，故采用焊接法连接管子与管板。 取管心距t=1.25d，则t=1.25×25≈32mm 隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22mm则分程隔板槽两侧相邻管中心距X =2S=44mm 4.2．1壳体直径的计算 采用多管程结构，取管板利用率η= 0.7，则壳体内径为： 圆整可取D=600mm 4.2．2壳体厚度(s)的计算 式中：s ——— 外壳壁厚，cm； P——— 操作时的内压力，N/cm2（表压），根据壁温查得为80.8N/cm2 [σ] —— 材料的许用应力， N/cm2；查得不锈无缝管YB804-70的许用应力是13230 N/cm2 φ——— 焊缝系数，单面焊缝为0.65，双面焊缝为0.85；（取单面焊缝） C——— 腐蚀裕度，其值在（0.1～0.8