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1、压载水,进,冷压载水,进,热热源,进,热热源,进,冷换热器题目:假定:压载水的温度为15,拟利用船舶的主机缸套冷却水进行热交换(取换热器进口的缸套水温度T1=75,出口温度T2=65),将压载水加热到25或30,其中,压载水的流量为800m3/h。换热器的热损失可忽略,不考虑管、壳程阻力压降。要求确定主机缸套冷却水的流量,并选择一种换热器(常用的,能耐海水腐蚀)。取污垢热阻选型计算步骤:压载水(海水)密度=,定压比热容。淡水密度,在1090时,其定压比热容几乎没有变化,可取。热源水定性温度=70。经饱和水的物性表,查得: =0.668 ,=406.1。已知,压载水体积流量为:=800压载水质量
2、流量为: 压载水由初温=15,利用主机缸套冷却水分别加热到=25,30,由于两种情况下,冷热流体的温差均不大于50,故均可选用固定管板式换热器进行计算,具体如下:【1】压载水:=15=25海水的热导率、粘度比纯水稍低,其影响因素比较复杂,为简化计算,近似认为纯水。定性温度。经饱和水的物性表,查得: =0.599 =1004物性参数如下表: 物性流体 密度()比热(J/kgK)粘度()导热系数()1. 压载水(冷源)10040.5992. 缸套水(热源)406.10.668注:管程流体(压载水)参数下标为1,壳程流体(缸套水)参数下标为2. (1)计算热负荷 =9.333W 通过热量衡算,知 =
3、222.22 kg/s 即,热源体积流量=800(2)平均温差逆流:热源 7565 冷源 2515 温差 50 50由= =50R=1,P=查温度校正系数图,知10.8,故采用单壳程可行。且=50(3)估算传热面积 查表知,水-水换热的总传热系数为:13962838,可选总传热系数,则 =(4)试选型管壳程的选择:本设计实例中,与缸套冷却水不同,压载水一般未经特殊处理,所含杂质较复杂,进而压载水侧极易产生腐蚀、结垢及沉淀,为方便换热器的维护管理,故采用压载水走管程,缸套冷却水走壳程。管程流速的选择:对于壳管式换热器,一般要求管程流速达0.22.5ms,壳程流速达0.52.5ms,结合本设计实例
4、,为防止压载水杂质沉积,管程压载水流速取。管子排列方式选择:管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等,等边三角形排列的优点有:管板的强度高;流体走短路的机会少,且管外流体扰动较大,因而对流传热系数较高;相同的壳径可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁,适用于壳程流体易产生污垢的场合;但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间,即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。本例选择正三角形排列。传热管的选择:选传热管19mm2mm,其径=0.017m,外径=0.019m。估算单程管子根数: =653根根据传热面积估算管子长度: =
5、若采用单程管,则每管程的管长选用L=3m。由换热器设计手册查得,可选管子总数N=607根,管中心距t=25mm,正三角形排列。壳体径D=700mm,可取折流板间距h=600mm,折流板数块,传热面积可选,管程流通面积为0.1073。故,由换热器系列标准选用固定管板式换热器:BEM700-105.1-1I(5)校核总传热系数K 管程对流传热系数。 管流体流速: 壳程对流传热系数。 壳程流通面积: 缸套水流速:正三角形排列的当量直径: 总传热系数。 由于压载水所含杂质较为复杂,在管程侧易产生结垢,而壳程侧冷却水也易产生结垢,为简化计算,可取污垢热阻,碳钢热导率=45。=5.0663K=1974(6
6、)传热面积: A=,与原估值基本相符。 ,即传热面积有11的裕量。计算表明,所选换热器规格可用。【2】压载水:定性温度t=。经饱和水的物性表,查得: =0.60375 =953.375物性参数如下表: 物性流体 密度()比热(kJ/kgK)粘度()导热系数()1. 压载水(冷源)953.3750.603752. 缸套水(热源)406.10.668注:管程流体(压载水)参数下标为1,壳程流体(缸套水)参数下标为2. (1)计算热负荷 Q= 通过热量衡算,知 热源体积流量(2)平均温差逆流:热源 7565 冷源 3015 温差 45 50由知, R=,P=查温度校正系数图,知0.980.8,故采用
7、单壳程可行。且(3)估算传热面积 查表知,水-水换热的总传热系数为:13962838,可选总传热系数,则 =(4)试选型流程的选择:本设计实例中,与缸套冷却水不同,压载水一般未经特殊处理,所含杂质较复杂,进而压载水侧极易产生腐蚀、结垢及沉淀,为方便换热器的维护管理,故采用压载水走管程,缸套冷却水走壳程。流体流速的选择:对于壳管式换热器,一般要求管程流速达0.22.5ms,壳程流速达0.52.5ms,结合本设计实例,为防止压载水杂质沉积,管程压载水流速取。管子排列方式选择:管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等,等边三角形排列的优点有:管板的强度高;流体走短路的机会少,且管
8、外流体扰动较大,因而对流传热系数较高;相同的壳径可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁,适用于壳程流体易产生污垢的场合;但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间,即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。在这里选择正三角形排列。选传热管19mm2mm,其径,外径。估算单程管子根数: 根 根据传热面积估算管子长度: 若采用1程管,则每管程的管长选用L=4.5m。由换热器设计手册查得,可选管子总数N=797根,管中心距t=25mm,正三角形排列。壳体径D=800mm,可取折流板间距h=600mm,折流板数,传热面积可选,管程流通面积为0.1408
9、。故,由换热器系列标准选用固定管板式换热器:BEM800-209.3-1I(5)校核总传热系数 管程对流传热系数。 管流体流速: 壳程对流传热系数。 壳程流通面积: 缸套水流速:正三角形排列的当量直径: =0.0173总传热系数。由于压载水所含杂质较为复杂,在管程易产生结垢,而壳程侧冷却水也易产生结垢,为简化计算,可取污垢热阻,碳钢热导率=45。 =5.4K=1852传热面积: A=,与原估值基本相符。 ,即传热面积有29的裕量。计算表明,所选换热器规格可用参考书目:1. 王志魁 主编 化工原理 化学工业。2. 任晓光 主编 化工原理课程设计指导 化学工业。3. 钱颂文 主编 换热器设计手册 化学工业。