機械畢業(yè)設計27斧頭式換熱器設計

I 摘 要 本設計為浮頭式換熱器設計；設計參考的前提是常減壓裝置減一中的工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。 浮頭式換熱器的主要特點是管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。管束可以在其奧體內(nèi)自由伸縮，不會產(chǎn)生熱應力。但是結(jié)構復雜，造價高，制造安裝要求高。 浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和 確定換熱器的結(jié)構尺寸。 根據(jù)已知的工作狀況，選定換熱器所在的化工工藝過程，從而根據(jù)工藝條件，以確定換熱器內(nèi)介質(zhì)的物性參數(shù)；根據(jù)工藝結(jié)構尺寸結(jié)合已知條件，進一步計算換熱器結(jié)構參數(shù)；最后進行換熱器核算。 關鍵詞： 換熱器；折流板；管板； 管箱；換熱管； 封頭 II Abstract This design for floating head type heat exchanger design; The design reference premise is often the de compressor reduces a center the craft condition, according to equipment craft condition parameter and so on choice concrete current capacity, temperature, pressure. The floating head type heat exchangers main feature is the control can extract from the shell, is advantageous for clean between the tube and in the tube. The control can expand in the shell freely, and dont have heat stress. But the structure of the exchanger is complex, the construction cost is high, the manufacture and installation requests high. The floating head type heat exchanger is by the tube box, the tube body, the tube plate, heat pipe spare part and so on seals, the baffle, trades is composed, according to the heat transfer tube material, the size, the tube number, the tube regulation pressure, the pipe wall temperature, the tube as well as condition and so on under shell material, inside diameter, thickness, shell regulation pressure, temperature determines the tube plate thickness, the baffle shape, the size and the quantity, the baffle arrangement situation and definite heat exchanger structure size. According to the known working condition, designated the heat exchanger is at chemical industry technological process, thus the basis craft condition, determines in the heat exchanger the medium natural parameter; According to the craft structure size union datum, further calculates the heat exchanger design parameter; Finally carries on the heat exchanger calculation. Keywords: Heat interchanger; Baffle; Tube plate; Tube box; Trades the heat pipe; Seals the head 1 目 錄 1.緒論 . 1 1.1 換熱器在工業(yè)中的應用 . 1 1.2 換熱器的分 類 . 2 1.2.1 間壁式換熱器 . 2 1.2.2 管殼式換熱器 . 2 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 1.4 設計方案 . 3 2 工藝計算 . 5 2.1 工藝條件 . 5 2.2 確定物性參數(shù) . 6 2.2.1 定性溫度 . 6 2.2.2 確定物性數(shù)據(jù) . 6 2.3 估算傳熱 面積 . 7 2.3.1 熱流量 . 7 2.3.2 平均傳熱溫差 . 7 2.3.3 估算傳熱面積 . 7 3 結(jié)構設計 . 8 3.1 管徑和管內(nèi)流速 . 8 3.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) . 8 3.4.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) . 9 3.4.4 傳熱管排列和分程方法 . 9 3.4.5 殼體內(nèi)徑 . 10 3.4.6 折流板 . 10 3.4.7 拉桿 . 10 3.4.8 接管 . 10 4 換熱器核算 . 12 4.1 熱流量核算 . 12 4.1.1 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) . 12 4.1.2 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) . 13 4.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻 . 14 3.1.4 傳熱系數(shù)cK. 14 2 4.1.5 傳熱面積裕度 . 14 4.2 壁溫核算 . 15 4.3 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 . 16 4.3.1 管程流體阻力 . 16 4.3.2 殼程流體阻力 . 17 5 換熱器零部件結(jié)構設計 . 19 5.1 分程隔板 . 19 5.2 折流板 . 19 5.2.1 折流板的作用 . 19 5.2.2 折流板的形式 . 19 5.2.3 折流板厚度 . 19 5.2.4 折流板個數(shù) . 20 5.2.5 折流板與殼體的間隙 . 20 5.2.6 折流板管孔 . 20 5.2.7 折流板的布置 . 20 5.3 拉桿、定距桿 . 20 5.3.1 拉桿固定形式 . 20 5.3.2 拉桿尺寸 . 21 5.3.3 定距管尺寸 . 21 5.4 防沖板 . 21 5.4.1 防沖板作用 . 21 5.4.2 防沖板的結(jié)構尺寸 . 21 5.5 接管 . 22 5.5.1 接管要求 . 22 5.5.2 接管尺寸 . 22 5.5.3 接管法蘭 . 23 5.5.4 排氣、排液口 . 23 5.6 管板結(jié)構尺寸 . 23 6 換熱器機械結(jié)構設計 . 24 6.1 換熱管與管板的連接 . 24 6.2 管板與管箱的連接 . 25 6.3 管箱 . 25 6.3.1 管箱的作用 . 25 6.3.2 管箱結(jié)構尺寸 . 25 6.4 法蘭選用 . 26 6.5 墊片 . 26 3 6.6 支座 . 26 7 強度校核 . 28 7.1 筒體壁厚計算 . 28 7.2 外頭蓋短節(jié)、封頭厚度計算 . 28 7.3 管箱短節(jié)、封頭厚度計算 . 29 7.4 管箱短節(jié)開孔補強的效核 . 30 7.5 殼體接管開孔補強的效核 . 31 7.6 固定管板計算 . 32 總 結(jié) . 35 謝 辭 . 錯誤 !未定義書簽。 參考 文獻 . 36 1 1.緒論 1.1 換熱器在工業(yè)中的應用 換熱器是化學、石油化學及石油煉制工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設備，它不僅可以單獨作為加熱器、冷卻器等使用，而且是一些化工單元操作的重要附屬設備，因此在化工生產(chǎn)中占有重要地位。通常在化工廠的建設中換熱器投資比例為 11%，在煉油廠中高達 40%。隨著化學工業(yè)的迅速發(fā)展及能源價格的提高，而且在日常生活中傳熱設備的研究備受世界各國政府及研究機構的高度重視，在全世界第一次能源危機爆發(fā)以來 ，各國都在下大力量尋找新的能源及在節(jié)約能源上研究新途徑，從而換熱器的投資比例將進一步加大，因此，對換熱器的研究倍受重視 ， 從換熱器的設計、制造、結(jié)構改進到傳熱機理的研究一直十分活躍 ， 在研究投入大、人力資源配備足的情況下，一些新型高效換熱器相繼問世，一批具有代表性的高效換熱器和強化傳熱元件誕生。 近年來，隨著節(jié)能技術的發(fā)展，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經(jīng)濟效益，在節(jié)能、增效等方面改進換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。流程優(yōu)化軟件技術的發(fā)展帶來了換熱器應用的增多。換熱器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展、私有化比例的加大、能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護要求的提高給各種新型、高效的換熱器帶來了日益廣闊的應用前景。為了使常規(guī)計算更準確、簡捷，對換熱器采用物性模擬研究和分析設計的研究。各種新型、高效換熱器將逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場動力效應強化傳熱技術、添加物強化沸騰傳熱技術、通入惰性氣體強化傳熱技術、滴狀冷凝技術、微生物傳熱技術、磁場動力傳熱技術將會在新的世紀得 到研究和發(fā)展。換熱器的材料也將朝著強度高、制造工藝簡單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。目前可以根據(jù)不同的操作條件、不同的使用工況，用不同的材料組合成各類新型高效的換熱器。 因此，隨著新型、高效換熱器的開發(fā)與應用將會給社會帶來巨大的經(jīng)濟效緩解能源的緊張狀況。 2 1.2 換熱器的分類 1.2.1 間壁式換熱器 1）夾套式換熱器 夾套空間是加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)的通路。這種換熱器主要用于反應過程的加熱或冷卻。當用蒸汽進行加熱時，蒸汽上部接管進入夾套，冷凝水由下部接管流出。作為冷卻器時，冷卻介質(zhì)（如冷卻水）由夾套下部接管進 入，由上部接管流出。夾套式換熱器結(jié)構簡單，但由于其加熱面受容器壁面限制，傳熱面較小，且傳熱系數(shù)不高。 2）噴淋式換熱器 這種換熱器多用作冷卻器。熱流體在管內(nèi)自下而上流動，冷水由最上面的淋水管流出，均勻地分布在蛇管上，并沿其表面呈膜狀自上而下流下，最后流入水槽排出。噴淋式換熱器常置于室外空氣流通處。冷卻水在空氣中汽化亦可帶走部分熱量，增強冷卻效果。其優(yōu)點是便于檢修，傳熱效果較好。缺點是噴淋不易均勻。 3）套管式換熱器 套管式換熱器的基本部件由直徑不同的直管按同軸線相套組合而成。內(nèi)管用 180度的回彎管連接，外管 亦需連接，結(jié)構如圖所示。每一段套管為一程，每程有效長度為 4 6m。若管子太長，管中間會向下彎曲，使環(huán)隙中的流體分布不均勻。 套管換熱器的優(yōu)點是構造簡單，內(nèi)管能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當選擇兩管的管徑，兩流體皆可獲得適宜的流速，且兩流體可作嚴格逆流。其缺點是管間接頭較多，接頭處易泄漏，單位換熱器體積具有的傳熱面積較小。故適用于流量不大、傳熱面積要求不大但壓強要求較高的場合 2。 1.2.2 管殼式換熱器 1） 固定管板式 其特點是管板不易 伸縮，從而減小熱應力。但這種補償方式仍不適用于熱、冷流體溫差較大 （大于 70 ）的場合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓強不宜超過 6atm。為更好地解決熱應力問題，在固定管板式的基礎上，又發(fā)展了浮頭式和 U型管式列管換熱器。 2） 浮頭式 其特點是有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向自由伸縮。這種結(jié)構不但完全消 3 除了熱應力，而且由于固定端的管板用法蘭與殼體連接，整個管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。浮頭式換熱 器 應用較為普遍，但結(jié)構復雜，造價較高。 3） U 型管式 U 型管式換熱器每根管子都彎成 U 型，管子的進出口均安裝在同一管板上。封頭內(nèi)用隔板分成兩室。這樣，管子可以自由伸縮，與 殼體無關。這種換熱器結(jié)構適用于高溫和高壓場合，其主要不足之處是管內(nèi)清洗不易，制造困難 3。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 當前對傳統(tǒng)管殼式換熱器的研究主要集中在兩方面：一是開發(fā)新的換熱器品種，如板式、螺旋板式緊湊型換熱器；二是對管殼式換熱器采用各種強化措施，其中管殼式換熱器新型殼側(cè)支撐與導流元件的強化傳熱研究逐漸成為這一領域的研究熱點。傳統(tǒng)管殼式換熱器殼側(cè)良好的傳熱效果是通過在殼側(cè)設置弓形折流板而得到的。這種結(jié)構應用時間長，技術也比較成熟。但這種殼側(cè)支撐結(jié)構和流體流動方式存在著諸多的缺陷：如易激發(fā)管束振動而導致 換熱器失效；流動阻力較大，往往超過允許壓降值；殼側(cè)流動存在沖刷不充分的流動死區(qū)，死區(qū)內(nèi)局部換熱系數(shù)很低，因此受熱面利用率不高，導致整體換熱系數(shù)降低，同時死區(qū)內(nèi)容易積垢，威脅換熱設備的安全運行。 換熱器在整個工程中所占的比例很大，據(jù)統(tǒng)計，換熱器的投資約占全部投資的40%，因此從節(jié)能、節(jié)材和節(jié)約資金角度來說，研制一種高效的換熱器是當今國內(nèi)外一個重要課題。強化技術就是一種現(xiàn)今換熱器發(fā)展的方向，不同的強化技術可以滿足不同的要求，比如減少初次傳熱面議減少換熱器的體積和重量；或提高換熱器的換熱能力；或增大換熱溫差；或減 少換熱器的動力消耗等。比如美國聯(lián)合公司林德分公司首先采用燒結(jié)型多孔表面強化沸騰換熱； webb 設計了整體多孔層等。 1.4 設計方案 本設計是減五線產(chǎn)品蠟油和脫鹽水之間的熱量交換。根據(jù)已知條件，可選用管殼式換熱器。管殼式換熱器分為固定管板式、浮頭式、 U 型管式等。 固定管板式換熱器適用于：管、殼間溫度小或溫差稍大，但殼程壓力不高，殼程結(jié)垢不嚴重，并可用化學清洗的場合。 固定管板式換熱器缺點是當管束和殼體的壁溫相差很大時，殼體和管束中將產(chǎn)生很大的熱應力。而浮頭式很好的解決了這個問題。 這種換熱器中一塊管板與殼體固定，另 一塊管板能自由移動，當管束與殼體受熱伸長時，兩者互不牽制，因 4 而不會產(chǎn)生溫差應力。 浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況。確定換熱器的結(jié)構尺寸。 設計流程如下：首先根據(jù)已知的工作狀況，選定換熱器所在的化工工藝過程，從而根據(jù)工藝條件，以確定換熱器內(nèi)介質(zhì)的物性參數(shù)；接著，根據(jù)工藝結(jié)構尺寸結(jié)合已知條件，進一步計算換熱器結(jié)構參數(shù) ；最后，進行換熱器核算。其中折流板形狀、尺寸、數(shù)量的確定是根據(jù)換熱器設計手冊中的相關規(guī)定，再根據(jù)設計任務書中已給定的部分結(jié)構、工藝參數(shù)計算得出的，管板作為換熱器的受力元件，為保證安全，設計過程中需要進行應力計算和校核。 5 2 工藝計算 在工藝設計計算中，最重要的是計算傳熱系數(shù)和壓降公式。無論是管內(nèi)還是管外，除高粘度流體外，總的說來，計算方法還是比較成熟的。污垢可能是影響傳熱及壓降諸參數(shù)中重要因素。為此參考了這方面的專論、文章。從傳熱和壓降兩個方面進行工藝計算部分。 2.1 工藝條件 表 1.1 已知數(shù)據(jù) 殼程 管程 介質(zhì) 脫鹽水 減五線產(chǎn)品（蠟油） 總流量 (kg/h) 4951 32111 操作溫度 入口 108 333.7 出口 180.1 210 液體導熱系數(shù)（ w/m k） 0.68 0.124 液體粘度（ Mpa s） 0.191 1.413 液體比熱（ kJ/kg k） 4.578 2.942 流體密度 （ kg/m3） 入口 941.5 677.7 出口 764.1 速度（ m/s） 0.972 允許壓力降 (k Pa) 0.5 70 計算壓力降 (k Pa) 0.335 66 污垢系數(shù) 0.00035 0.00176 熱負荷（ k w） 3256 傳熱系數(shù)（ w/m2 k） 363.9 169.1 6 2.2 確定物性參數(shù) 2.2.1 定性溫度 根據(jù)對脫鹽水和蠟油餾分的粘度考慮，定性溫度可取進出口溫度的平均值。故殼程蠟油餾分的定性溫度為 3 3 3 . 7 2 1 0 2 7 1 . 8 52T （ 2-1） 殼程流體的定性溫度為 1 0 8 1 8 0 . 1 1 4 4 . 0 52t （ 2-1） 2.2.2 確定物性數(shù)據(jù) 根據(jù)定性溫度，分 別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)： 蠟油餾分在 271.85左右時的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度 1 677.7 kg/m3 定壓必熱容 942.21 pckJ/kg K 熱導率 1 0.124W/m K 粘度 31 1 . 4 1 3 1 0 Pa s 循環(huán)水在 144.05左右時的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 5.941ikg/m3 定壓必熱容 578.4ipckJ/kg K 熱導率 0.68iW/m K 粘度 30 . 1 9 1 1 0i Pa s 7 2.3 估算傳熱面積 2.3.1 熱流量 71 1 1 1 3 2 1 1 2 . 9 4 2 1 2 3 . 7 1 . 2 1 0 /pQ m c t k J h （ 2-2） 式中，1Q熱流量， W； 1m 工藝流體的質(zhì)量流量， kg/s； 1pc 工藝流體的定壓比熱容， kJ/kg K； 1t 工藝流體的溫度變化， K。 2.3.2 平均傳熱溫差 按純流計算 1212( 3 3 3 . 7 1 8 0 . 1 ) ( 2 1 0 1 0 8 ) 1263 3 3 . 7 1 8 0 . 1lnln2 1 0 1 0 8mtttKtt （ 2-3） 式中，mt 逆流或并流的平均傳熱溫差， K； 2.3.3 估算傳熱面積 根據(jù)過程裝備設計 中表 3-1 選取 k 值， 150K W/m2k 176126150 1 0 0 004.3 3 2 91 mp tKQA m2 （ 2-4） 式中，pA 估算的傳熱面積， m2； K 假設傳熱系數(shù)， W/m2 K； mt 平均傳熱溫差， K。 71 1 .2 1 0 /Q kJ h .公式（ 2-2） 來自參考 文獻 1P57 Ktm 126 公式（ 2-3） 來自參考 文獻 1P59 176pA m2 公式（ 2-4） 來自參考 文獻 1P59 8 3 結(jié)構設計 3.1 管徑和管內(nèi)流速 根據(jù)工藝條件和操作壓力、溫度，選 用 219 傳熱管（碳鋼），查表 3-2，取管內(nèi)流速 smui /972.0。 3.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 972.0017.0785.07.677/3600/32111422 udVnis = 60 （根） （ 3-1） 式中，sn 單程管子數(shù)目； V 管程流體的體積流量， m3/s； id 傳熱管內(nèi)徑， m； u 管內(nèi)流體流速， m/s /ms。 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 60019.014.31760 sPndAL =49m （ 3-2） 式中， L 按單程計算的管子長度， m； 0d 管子外徑， m。 按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多程管結(jié)構。根據(jù)本設計實際情況，采用非標準設計，現(xiàn)取傳熱管長 ml 7 ,則該換熱器的管程數(shù)為 760 LlN P=8.57 （ 3-3） 取 10PN （管程） 傳熱管總數(shù)為 6001060 sPT nNN (根 ) 式中， L 按單程換熱器計算的管子長度， m； l 選取的每程管子長度， m； PN 管程 數(shù)； 60sn （根） 公式（ 3-1） 來自參考 文獻 1P62 49L m 公式（ 3-2） 來自參考 文獻 1P62 10pN 公式（ 3-3） 來自參考 文獻 1P62 9 TN 換熱管的總管數(shù)。 3.4.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 72.11081.180 2107.3331221 tt TTR（ 3-4） 32.01087.333 1081.1801112 tT ttP（ 3-5） 式中，1T 熱流體進口溫度，； 2T 熱流體出口溫度，； 1t 冷流 體進口溫度，； 2t 冷流體出口溫度，。 按但殼程雙管程結(jié)構查過程裝備設計表 3-9 得 0.9t 平均傳熱溫差 ctt mtm o4.1131269.0 塑 （ 3-6） 式中，mt 折流情況下的平均傳熱溫差， K； t 溫差校正系數(shù)。 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 0.8，取單殼程合適 3.4.4 傳熱管排列和分程方 法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。 取管心距01.25td，則 1 . 2 5 2 5 3 1 . 2 5 3 2t mm （ 3-7） 隔板中心到離其最近 的 一排管中心距離 326 6 2 222tS mm （ 3-8） 各程相鄰管心距為 44mm 。 管束的分程方法，每程各有傳熱管 43 根，其前后管箱中隔板設置和介質(zhì)的流通順序按過程裝備設計圖 3-14 選取。 1.72R ， 0.32P 公式（ 3-4） (3-5）來自 參考文獻 1P63 Ktm 126 公式（ 3-6） 來自參考 文獻 1P64 3222t mmS mm公式（ 3-7） (3-8）來自 參考 文獻 1P67 10 3.4.5 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構，取管板利用率 0.7 ，則殼體內(nèi)徑為 9847.0/6003205.1/05.1 TNtD mm （ 3-9） 式中， t 管心距， mm； 0d 傳熱管外徑， mm， 管板利用率。 考慮到實際情況，需要清洗和檢修，要考慮加一個蒸發(fā)空間， 按卷制殼體的進級擋，可取 1600D mm 3.4.6 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為 4 0 01 6 0 025.025.0 Dh mm （ 3-10） 取 折流板間距 0.3BD ，則 48016003.03.0 DB mm （ 3-11） 取折流板間距 1000B mm 折流板的數(shù)目BN： 1折流板間距 傳熱管長BN 5 （ 3-12） 3.4.7 拉桿 拉桿數(shù)量和直徑參考換熱器設計手冊表 1-6-37 和 1-6-38，本換熱器殼體內(nèi)徑為 1600mm，故其拉桿直徑為 16，拉桿數(shù)量為 10 根。 3.4.8 接管 殼程流體進出口接管；取接管內(nèi)氣體流速為1u =10m/s，則接管內(nèi)徑為 114 4 4 9 5 1 / ( 3 6 0 0 9 4 1 . 5 ) 0 . 0 1 4 m3 . 1 4 1 0VDu （ 3-13） 1600D mm 公式（ 3-9 ） 來自參考 文獻 1P69 （塊）34210180BNmmBmmh 公式（ 3-10) (3-11)(3-12） 來自參考 文獻 1P70 120.014 m0.131mDD公式（ 3-13） (3-14）來自 參考文獻 1p83 11 圓整后可取管內(nèi)徑為 14mm。 管程流體進出口接管；取接管內(nèi)液體流速2 0.972 m /su ，則接管內(nèi)徑為 224 4 3 2 1 1 1 / ( 3 6 0 0 6 7 7 . 7 ) 0 . 1 3 1 m3 . 1 4 0 . 9 7 2VDu （ 3-14） 圓整后可取管內(nèi)徑為 130mm。 12 4 換熱器核算 4.1 熱流量核算 4.1.1 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法計算 10 . 5 5 0 . 1 413000 . 3 6 R e ( )ewprd （ 4-1） 式中， 殼程流體的熱導率， W/(m K)； ed 當量直徑， m； 0Re 管外流動雷諾數(shù)； Pr 普朗特數(shù)，取定性溫度下的值； 流體在定性溫度下的粘度， Pa s； w 流體在壁溫下的粘度， Pa s。 當量直徑 220034 24tdded =0.03m （ 4-2） 式中， t 管間距， m； 0d 傳熱管外 徑， m。 殼程流通面積 200 191 1 1 . 6 1 0 . 3 8 4 m25i dS B D t （ 4-3） 式中， B 折流板間距， m； 0d 管子外徑， m； t 管子間距， m。 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 ,00004951 0 . 0 0 3 8 m / s3 6 0 0 3 6 0 0 0 . 3 8 4 9 4 1 . 5mquS （ 4-4） 公式（ 4-1） 來自參考 文獻 1P72 m03.0d e 公式（ 4-2） 來自參考 文獻 1P70 384.00 S m2 公式（ 4-3） 來自參考 文獻 1P70 13 000 300 . 0 3 0 . 0 0 3 8 9 4 1 . 5R e 5 6 1 9 . 4 20 . 0 1 9 1 1 0edu （ 4-5） 普朗特數(shù) 29.168.0 10191.010578.4Pr 33 （ 4-6） 粘度校正 0.14( ) 1w 1.154729.142.567902.0 68.036.0 3155.000 a W/m2 K 4.1.2 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 0 . 8 0 . 30 . 0 2 3 R e P rii i iid （ 4-7） 式中，i 殼程流體的熱導率， W/(m K)； id 換熱管內(nèi)徑， mm； Rei 管內(nèi)流動雷諾數(shù)； Pri 普朗特數(shù)，取定性溫度下的值。 管程流體流通截面積 2 2 20 . 7 8 0 . 0 2 4 3 0 . 0 1 4 m4i NtS d e Np （ 4-8） 管程流體流速 smu i /94.0014.0 )7.6773600/(32111 （ 4-9） 33 100.910413.1 7.67794.002.0Re i （ 4-10） 普朗特數(shù) 5.33124.0 10413.110942.2Pr 33 i （ 4-11） 0 . 8 0 . 4 20 . 1 2 40 . 0 2 3 9 0 0 0 3 3 . 5 8 4 7 . 8 W / m K0 . 0 2ia g0038.00 u m/s 29.142.56190rePR 公式（ 4-4） (4-5、 4-6） 來自參考 文獻 1P72 公式 （ 4-7） 來自參考 文獻 1P74 9000Re/94.0014.0 2iiismumS公式（ 4-8） (4-9、 4-10） 來自參考 文獻 1P72 KmWa i 2/8.8475.33Pr 公式（ 4-11） 來自參考文 獻 1P72 14 4.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻 20 0 . 0 0 0 3 5 m K / WR g （ 4-12） 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 20 . 0 0 1 7 6 m K / WiR g （ 4-13） 管壁熱阻碳鋼在該條件下的熱導率為 )/(50 KmW 。所以 20 . 0 0 2 5 0 . 0 0 0 0 5 m K / W50wR g （ 4-14） 式中， b 傳熱管壁厚， mm ； w 管壁熱導率， (m K)/W。 3.1.4 傳熱系數(shù)cK0 0 00011c iwi i i mK d R d R dRa d d d （ 4-15） 1422100035.05.222500006.0202500176.0208.84725122 0 7 W /m K 式中， K 傳熱系數(shù)， W/(m2 K)； 0a 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， W/(m2 K)； 0R 殼程污垢熱阻， (m2 K)/W； wR 管壁熱阻， (m2 K)/W； iR 管程污垢熱阻， (m2 K)/W； 0d 傳熱管外徑， m； id 傳熱管內(nèi)徑， m； md 傳熱管平均直徑， m； ia 管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， W/(m2 K)。 4.1.5 傳熱面積裕度 計算換熱面積cA公式（ 4-14） 來自參考 文獻 1P75 20 . 0 0 0 0 5 /wR m k w 公式（ 4-15） 來自參考 文獻 1P71 KmWK c 2/207 公式（ 4-16） (4-17、 4-18） 來自參考 文獻 1P76 166.0H 15 231 64.127207 1004.3329 mtK QAmcc （ 4-16） 該換熱器的實際傳熱面積pA20 3 . 1 4 0 . 0 2 5 7 3 0 1 1 6 5 . 4pTA d l N m （ 4-17） 該換熱器的面積裕度為 1 6 5 . 4 1 4 1 . 8 0 . 1 6 61 4 1 . 8pccAAHA （ 4-18） 傳熱面積裕度很合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。 4.2 壁溫核算 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按式（ 3-19）計算。由于傳熱管外側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是 11mmchmchTtT （ 4-19） 式中液體的平均溫度mt和氣體的平均溫度mT分別為 0 . 4 1 0 8 0 . 6 1 8 0 . 1 1 5 1 . 2 6mt （ 4-20） 3 3 3 . 7 2 1 0 2 7 1 . 8 52mT （ 4-21） 28 4 7 . 8 W / m Kciaa g 20 1 4 2 2 W / m Khaa g 式中，1T 熱流體進口溫度，； 2T 熱流體出口溫度，； 1t 冷流體進口溫度，； 2t 冷流體出口溫度，。 傳熱管平均壁溫 公式 (4-19) 來自參考 文獻 1P77 公式（ 4-20） (4-21）來自 參考文獻 1P77 151.26mt 271.85mT 16 2 7 1 . 8 5 1 5 1 . 2 68 4 7 . 8 1 4 2 2 225118 4 7 . 8 1 4 2 2t 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即 271.85T 。 殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為 2 7 1 . 8 5 2 2 5 4 6 . 8 5t T t 該溫差較大，故需設溫度 補償裝置。由于換熱器殼程流體壓力較高，因此，選用浮頭式換熱器較為適宜。 4.3 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 4.3.1 管程流體阻力 ()t i r s p sp p p N N F （ 4-22） 12spNN22iiiluPd （ 4-23） 式中，ip 單程直管阻力； rp 局部阻力； aN 殼程數(shù)； pN 管程數(shù)； tp 管程總阻力； sF 管程結(jié)垢校正系數(shù)，可近似取 1