管壳式换热器传热计算示例(终)-用于合并

l/Di=3/= ，合理
布管示意图
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
折流板直径由 GB151-2014 可确定为
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
Ac1
BDi1
do s
0.233 0.61
0.025 0.032
Pa·s；
℃；
；
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）：
回弯压降：
Pa （W=w.ρ）
Pa； 取进出口管处质量流速：WN2=1750 ㎏/㎡·s； (依据 ρw2<3300 取 进出口管处压降(依据 3-113)：
；
w=1.822m/s)
管程结垢校正系数：
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=（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= Mpa（表压）。改为 冷却水工作压力 P2= 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ρ2= kg/m3； 冷却水的比热查物性表得 Cp2= kJ/kg.℃ 冷却水的导热系数查物性表得λ2= W/m.℃ 冷却水的粘度μ2=×10－6 Pa·s； 冷却水的普朗特数查物性表得 Pr2=；
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）
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 25×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：λ1=；(图 3-34) 管束压降（公式 3-129）：
Pa；
取进出口质量流速： 进出口管压降：
kg/m2·s；( ρw2<2200 取 WN2=1000 ㎏/㎡·s)
Pa；
取导流板阻力系数： ; 导流板压降：
Pa
壳程结垢修正系数： 壳程压降：
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
ρw2<3300 取 取 WN2=1750 ㎏/㎡·s，得进、出口流通面积为：
进出口管道直径：
取用： 114×4mm 的热轧钢管或水输送管。 (b)壳程进、出口管： ρw2<2200 取 取壳程浸出口管处质量流速 WN2=1000
管程流通截面积：
管程流速：
管程雷诺数：
管程传热系数：（式 3-33c）
取 720 根 m2 m/s 湍流
6)结构初步设计： 布管方式见图所示: 管间距 s=0.032m（按 GB151,取）； 管束中心排管的管数按所给的公式确定：
取 20 根；
壳体内径：
Di=0.7m；
m取
长径比： 选定弓形折流板
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 个管孔，其中 4 个为装设拉杆用。
4）壳体
壳体内径： 壳体厚度（式 6-1）：
Hale Waihona Puke ；材质 Q235 A 钢；
tw<100℃ = C=2mm(厚度附加量 见 GB150) P=(p 为设计压力 要大于工作压力)
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 9）管壁温度计算：
管外壁热流密度：
，合理
Ｗ/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： 粘度修正系数：
过冷水的定性温度
℃；
过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；
过冷水的比热查物性表得 Cp1=kg.℃；
过冷水的导热系数查物性表得λ1=m.℃；
过冷水的普朗特数查物性表得 Pr2
；
过冷水的粘度μ1=×10－6 Pa·s。
过冷水的工作压力 P1= Mpa（表压）
3)传热量与水热流量
取定换热器热效率为η=；
0.046
m2
壳程流速：
壳程质量流速： 壳程当量直径：
m/s； kg m2/s；
m； 壳程雷诺数：
；
切去弓形面积所占比例按 h/Di=查图 4-32 得为 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 粘度修正系数：
根据式（3-62）计算壳程换热系数：
积为：
㎏/㎡·s，得进、出口流通面
管程进出口管径为：
取用 70×3mm 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；
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 3—8 得温差校正系数 Ψ=； 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φ25×无缝钢管作换热管； 管子外径 d0= m； 管子内径 di=×=0.02 m； 管子长度取为 l=3 m； 管子总数：
；(表 3-12)
管程允许压降：[△P2]=35000 壳程允许压降：[△P1]=35000
△P2<[△P2] △P1<[△P1] 即压降符合要求。
Pa；（见表 3-10） Pa；
Ｐa；
（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
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（表压），
壳程压力为（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：