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1、 管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水过冷水的热量交换设计压力为管程 1.5MPa（表压） ，壳程压力为 0.75MPa（表压） ，壳程冷却水进,出口温度分别为 20和 50，管程过冷水进，出口温度分别为 90和 65管程冷水的流量为 80t/h。 2、 设计计算过程： （1）热力计算 1)原始数据： 过冷却水进口温度t1=145； 过冷却水出口温度t1=45； 过冷却水工作压力P1=0.75Mpa（表压） 冷水流量G1=80000kg/h； 冷却水进口温度t2=20； 冷却水出口温度t2=50； 冷却水工作压力P2=0.3 Mpa（表压） 。改为 冷却水工作压力P2=
2、2.5 Mp 2)定性温度及物性参数： 冷却水的定性温度 t2=( t1+ t1)/2=(20+50)/2=35； 冷却水的密度查物性表得2=992.9 kg/m3； 冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg. 冷却水的导热系数查物性表得2=62.4 W/m. 冷却水的粘度2=727.5106 Pas； 冷却水的普朗特数查物性表得Pr2=4.865；过冷水的定性温度； 1= (1 1) = 77.5过冷水的密度查物性表得1=976 kg/m3； 过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.； 过冷水的导热系数查物性表得1=0.672w/m.； 过冷水的普朗特数查物性表得Pr
3、2；= 2.312过冷水的粘度1=0.3704106 Pas。 过冷水的工作压力 P1=1.5 Mpa（表压） 3)传热量与水热流量 取定换热器热效率为=0.98； 设计传热量：0= 11(1 1) 1000 3600= 80000 4.174 (50 - 20) 1000 3600 = 2727013 过冷却水流量：；2=0 2(2 2)=3600 751333 4.187 1000 (40 30)= 93676 / 4)有效平均温差 逆流平均温差：=(1 2)(1 2)1 21 2=(90 50) (65 20)90 5065 30= 42.45 根据式（3-20）计算参数 p、R: 参数
4、P： =2 21 2=50 20 90 - 20= 0.429参数R： =1 12 2=90 65 50 20= 0.833换热器按单壳程 2 管程设计，查图 38 得温差校正系数 =0.83； 有效平均温差： = = 0.92 42.45 = 40.2 5)管程换热系数计算： 附录 10，初定传热系数K0=400 W/m.； 初选传热面积：m2；0=00=751333 400 40.2= 169.59选用 252.5 无缝钢管作换热管； 管子外径d0=0.025 m； 管子内径di=0.025-20.0025=0.02 m； 管子长度取为l=3 m； 管子总数： 取 720 根 =00=16
5、9.59 0.025 3= 720管程流通截面积：m2=2 42 =352 240.022= 0.11309管程流速：m/s2=2 22 3600=93676 976 0.11309 3600= 0.23575管程雷诺数：湍流2= 222=976 0.23575 0.02370.4 10 6= 12423 104管程传热系数：（式 3-33c）2=3605(1 + 0.0152)20.8(100)0.2=3605(1 + 0.015 77.5) 0.235750.8(100 0.02)0.2= 1186/(2)6)结构初步设计： 布管方式见图所示:管间距s=0.032m（按 GB151,取 1
6、.25d0） ； 管束中心排管的管数按 4.3.1.1 所给的公式确定： = 1.1 = 1.1 720 = 29取 20 根； 壳体内径： = ( 1)+ 40= 0.032 28 + 4 0.025m 取Di=0.7m； = 0.9长径比： l/Di=3/0.9=3.3 ，合理选定弓形折流板 弓形折流板弓高： = 0.2= 0.2 0.9 = 0.18折流板间距： m = /3 = 0.9/3 = 0.3折流板数量： = 1 =(3/0.9) 1 = 12折流板上管孔直径由 GB151-2014 可确定为 0.0254mm 折流板直径由 GB151-2014 可确定为 0.6955m 7）
7、壳程换热系数计算 壳程流通面积： 根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积m2046.0032.0025.016.0233.01o ic1 sdBDA壳程流速：m/s；1=1/3600 11=12000 3600 992.9 0.046= 0.0.4865壳程质量流速：kg m2/s；1= 11= 992.9 0.4865 = 483.05壳程当量直径：m；=2 020=0.92 720 0.0252 720 0.025= 0.02壳程雷诺数：；2= 222=992.9 0.4865 0.02370.4 10 6= 26082切去弓形面积所占比例按 h/Di=0.2 查图 4-32 得为
8、0.145 壳程传热因子查 图 3-24 得为js=20 管外壁温度假定值 tw1=45 壁温过冷水粘度 Pa.s 1= 0.549 10 3粘度修正系数：1=(11)0.14=(0.3704 0.54910 3)0.14= 0.9206布管示意图根据式（3-62）计算壳程换热系数：1=11 3 =0.624 0.0307 2.3121 3 0.9324 20 = 7588）传热系数计算： 水侧污垢热阻：r2=0.000344m2./w 管壁热阻 r 忽略 总传热系数：=11 1+ 1+ 20+1 20=1 1 758+ 0.000344 + 0.000344(0.0250.02)+1 340
9、7.5(0.025 0.02) = 460 2传热系数比值，合理0= 460 400 = 1.159）管壁温度计算： 管外壁热流密度：/m2.0=00=2727013 720 0.025 3= 16074根据式(3-94a)计算管外壁温度：1= 1 1(1 1+ 1)= 77.5 16074(1 758+ 0.000344)= 43.03误差较核：，误差不大；1 1= 50 50.54 = 0.5410）管程压降计算： 根据式(3-94b)计算管内壁温度： ； 2= 2+ 10(1 2+ 2)= 35 + 160740.0250.02(1 1186+ 0.000344)= 58.8壁温下水的粘
10、度： Pas；2= 486 10 6粘度修正系数：；2=(22)0.14=(727.7 10 6486 10 6)0.14= 1.05查图 3-30 得管程摩擦系数： 2= 0.0078管程数 ：；= 2管内沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.）=(222)()(22)=(0.23575 976)2 2 9763 40.020.078 1.058= 599.8回弯压降：Pa；=22224 =(0.23575 976)2 2 97624 = 216取进出口管处质量流速：WN2=1750 /s； (依据 w23300 取 w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据 3-113)：；
11、2=2222 1.5 =17502 2 976 1.5 = 2353.4管程结垢校正系数：； 2= 1管程压降： 2=(+ )2+ 2=(599.8 + 216) 1 + 2310.7 = 3452.82 11）壳程压降计算： 壳程当量直径：m；=2 02+ 0=0.92 720 0.0252 0.9 + 720 0.025= 0.019雷诺数：；1=11=483.08 0.190.7275 10 3= 12616查得壳程摩擦系数：1=0.08；(图 3-34) 管束压降（公式 3-129）：Pa； =1221(+ 1)11=483.082 2 992.90.9 10 0.0190.08 0.
12、9206= 4837取进出口质量流速： kg/m2s；( w22200 取WN2=1000 /s)1= 1000进出口管压降：Pa；1=12211.5 =10002 2 992.9 1.5 = 335.7取导流板阻力系数：;= 5导流板压降：Pa=1221=10002 2 992.9 5 = 2517.87壳程结垢修正系数：；(表3-12)= 1.38壳程压降：a；= 0+ + 1= 4837 1 + 2517.9 + 335.7 = 7690.7管程允许压降：P2=35000 Pa；（见表 3-10） 壳程允许压降：P1=35000 Pa；P2P2P1P1 即压降符合要求。 （2）结构设计（
13、以下数据根据 BG150-2011） 结构设计的任务是根据热力计算所决定的初步结构数据，进一步设计全部结构尺寸， 选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸，现简要综述如下： 1） 换热器流程设计 采用壳方单程，管方两程的 1-4 型换热器。由于换热器尺寸不太大，可以用一台，未 考虑采用多台组合使用，管程分程隔板采取上图中的丁字型结构，其主要优点是布管紧密。2）管子和传热面积 采用 252.5 的无缝钢管，材质 20 号钢，长 3m，管长和管径都是换热器的标准管子尺寸。 管子总数为 352 根，其传热面积为： = 0= 0.025 3 720 = 16923）管子排列方式 上图十字形走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题。共有
