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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=2.5 Mp2)定性温度及物性参数:冷却
2、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; 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Pr2;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、)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:过冷却水流量:;4)有效平均温差逆流平均温差:根据式(3-20)计算参数p、R:参数P:参数R: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: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;选用252.5无缝钢管作换热管;管子外径d0=0.025m;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根管程流通截面积:m2管程流速:m/s管程雷诺数: 湍流管程传热系数:(式3-33c)6)结构初步设计:布管方式见图
4、所示:管间距s=0.032m(按GB151,取1.25d0);管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定: 取20根;壳体内径: m 取Di=0.7m; 布管示意图长径比:l/Di=3/0.9=3.3 ,合理 选定弓形折流板弓形折流板弓高: 折流板间距: m折流板数量: 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)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m2壳程流速: m/s;壳程质量流速: kg m2/s;壳程当量直径: m;壳程雷诺数: ;切去弓形面积所占比例按 h/
5、Di=0.2查图4-32得为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 粘度修正系数:根据式(3-62)计算壳程换热系数:8)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:传热系数比值,合理9)管壁温度计算:管外壁热流密度:/m2.根据式(3-94a)计算管外壁温度:误差较核: ,误差不大;10)管程压降计算:根据式(3-94b)计算管内壁温度: ; 壁温下水的粘度:Pas;粘度修正系数:;查图3-30得管程摩擦系数: 管程数 :;管内沿程压降计算依据式(3-112):Pa (W=w.)回弯
6、压降:Pa;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):;管程结垢校正系数:; 管程压降:11)壳程压降计算:壳程当量直径:m;雷诺数:;查得壳程摩擦系数:1=0.08;(图 3-34)管束压降(公式3-129):Pa; 取进出口质量流速: kg/m2s;( w22200 取WN2=1000 /s)进出口管压降:Pa;取导流板阻力系数:;导流板压降:Pa壳程结垢修正系数:;(表3-12)壳程压降:a;管程允许压降:P2=35000 Pa;(见表3-10)壳程允许压降:P1=35000Pa; P2P2 P1P1即
7、压降符合要求。(2)结构设计(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:3)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356个
8、管孔,其中4个为装设拉杆用。4)壳体壳体内径:;材质Q235 A钢; 壳体厚度(式6-1): tw100 =0.7C=2mm(厚度附加量 见GB150)P=1.2p1(p为设计压力 要大于工作压力)实取 5)管板根据表5-8 查取 管板上开孔数与孔间距与管排列应一致。6)折流板因为无相变,采用通用的弓形折流板。Q235 A钢板。拱高:h=140mm;板间距:B=230mm;板数:nB=12块;板厚: ( 依据 表4-12);卧式布置,水平切口流动方向。7)拉杆选取Q235 A钢,12,共8根(依据表5-10)8)封头 根据压力容器设计规范采用材质为Q235的标准形状椭圆封头。在满足强度要求条件
9、下,取壁厚 ;曲面高度:D为封头的平均直径;直边高度,。9)进、出管(a)管程进、出口管w23300取 取WN2=1750 /s,得进、出口流通面积为:进出口管道直径:取用:1144mm的热轧钢管或水输送管。(b)壳程进、出口管:w22200取 取壳程浸出口管处质量流速WN2=1000 /s,得进、出口流通面积为:管程进出口管径为:取用703mm的热轧钢管或水输送管10)其它:容器法兰和进、出口法兰及底座均可根据设计规范取用或计算,热补偿计算参照本章5-5节进行; 尽管人智慧有其局限,爱智慧却并不因此就属于徒劳。智慧果实似乎是否定性:理论上“我知道我一无所知”;实践上“我需要我一无所需”。然而,达到了这个境界,在谦虚和淡泊哲人胸中,智慧痛苦和快乐业已消融为了一种和谐宁静了1教育专业b