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文檔簡(jiǎn)介

1、列管式換熱器制造與安裝 第1章 列管式換熱器概述1.1 簡(jiǎn)介列管式換熱器又稱管殼式換熱器,已有較長(zhǎng)的歷史,至今仍是應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備。與其他的間壁換熱器相比,單位體積的設(shè)備所能提供的傳熱面積要大得多,傳熱效果也較好。由于結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固,且能選用多種材料來制造,故適應(yīng)性也較強(qiáng)。尤其是在大型裝置和高溫、高壓中得到普遍采用。1.2 分類(1)按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等(2)根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類:混合式、蓄熱式、間壁式。(3)管式換熱器:固定管板管式換熱器、浮頭管式換熱器、管箱管式換熱器、浮動(dòng)盤管式管式換熱器等(有些特殊行業(yè)使用非標(biāo)換熱器)(

2、4)螺旋板式換熱器:可拆式螺旋板式換熱器和不可拆式螺旋板式換熱。1.3結(jié)構(gòu)(1) 筒體(2) 管箱與封頭(3) 管板折流板(4) 換熱管1.4應(yīng)用范圍換熱設(shè)備是用于將高溫流體的熱量向低溫流體傳輸?shù)膫鬏斣O(shè)備的總稱,是實(shí)現(xiàn)冷熱流體間熱量交換的裝置。換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用在石油、化工、輕工、動(dòng)力、食品、冶金等行業(yè),并且占有相當(dāng)重要的地位。第2章 列管式換熱器工藝流程2.1工作原理進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),稱為管程流體;另一種在管外流動(dòng),稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度,迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束,增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板

3、上按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍動(dòng)程度高,傳熱分系數(shù)大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結(jié)垢的流體。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程;每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。按換熱方式可分為單殼程單管程換熱器、雙管程、多管程、多殼程換熱器。 最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器,簡(jiǎn)稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板,將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子,因而在管束中往返多次,這稱為多管程。 同樣,管殼式換熱器為提高管外流速,也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板,迫使流體多次通過殼體空間,稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。2.2流程圖2.3 結(jié)構(gòu)圖外形結(jié)構(gòu)

4、圖2.4 材質(zhì)的選擇列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等;非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實(shí)際需要,可以選擇使用不銹鋼材料。2.5主要結(jié)構(gòu)尺寸 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)管程殼程流率/(kg/h)357915000進(jìn)(出)口溫度/10(17)80(20)壓力/mpa4.50.3物性定性溫度/13.550密度/kg/m3999.71050定壓比熱容/kj/(kg/)4.1913.5黏度/pas1.306*10-3熱導(dǎo)率/

5、w/(m)0.57410.61普朗特?cái)?shù)9.5312.6設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm400臺(tái)數(shù)1管徑/mm25*2.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm6000管子排列正三角形管數(shù)目/根54折流板數(shù)/個(gè)49傳熱面積/m225.4折流板間距/mm120管程數(shù)2材質(zhì)不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)1.170.126表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w/(m2)41101203污垢熱阻/(m2*/w)0.0003440.000172阻力/pa259982860.4熱流量/kw291.7傳熱溫差/k26傳熱系數(shù)/w/m2*527.1裕度/%1.19 第3章 換熱器的制造及組裝1.設(shè)計(jì)任務(wù)書2. 概述與設(shè)計(jì)方

6、案簡(jiǎn)介學(xué)生姓名班級(jí)安裝1001指導(dǎo)教師題目換熱器的制造與安裝設(shè)計(jì)基本參數(shù)處理能力:5000kg/h設(shè)備型式:列管式換熱器操作條件:冷卻介質(zhì):水入口溫度:10,出口溫度:17 果漿:入口溫度:80,出口溫度:20。設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。2、主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。3、輔助設(shè)備的選型 典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計(jì)算,設(shè)備規(guī)格型號(hào)的選定。4、編寫設(shè)計(jì)說明書 將設(shè)計(jì)所選定的工藝流程方案、主要步驟及計(jì)算結(jié)果匯集成工藝設(shè)計(jì)說明書。應(yīng)采用簡(jiǎn)練、準(zhǔn)確的文字圖表,實(shí)事求是地介紹設(shè)

7、計(jì)計(jì)算過程和結(jié)果。設(shè)計(jì)說明書要求在6000字以上,a4紙打印。 設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容:(1) 封面(課程設(shè)計(jì)題目、學(xué)生班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間)(2) 目錄(3) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(4) 概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介(5) 工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算(6) 輔助設(shè)備的計(jì)算機(jī)選型(7) 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表(8) 設(shè)計(jì)評(píng)述(9) 參考資料(10) 主要符號(hào)說明(11) 致謝 各階段時(shí)間安排(以天為單位)用一周時(shí)間集中進(jìn)行1、 設(shè)計(jì)方案選定:0.5天2、 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算:2天3、 輔助設(shè)備的選型:0.5天4、 編寫設(shè)計(jì)說明書:2天列管式換熱器又稱為管殼式換熱器,是最典型的間壁式換熱器,歷史悠久,占據(jù)主導(dǎo)作用,主要有殼體、管

8、束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關(guān)內(nèi)流動(dòng),其行程稱為管程;另一種流體在管外流動(dòng),其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大,傳熱效果好,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣,操作彈性大,因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速,往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束,使湍流程度大為增加。列管式換熱器中,由于兩流體的溫度不同,使管束和殼體的溫度也不相同,因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大(50以上)時(shí),就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備

9、的變形,甚至彎曲或破裂,因此必須考慮這種熱膨脹的影響。2.1換熱器 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備,在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同,故換熱器的類型也是多種多樣。 按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類:混合式、蓄熱式、間壁式。間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中,冷、熱流體被固體壁面隔開,互不接觸,熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場(chǎng)合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛,形式繁多。將在后面做重點(diǎn)介紹。直接接觸式換熱器又稱

10、混合式換熱器。在此類換熱器中,冷、熱流體相互接觸,相互混合傳遞熱量。該類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳熱效率高,適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場(chǎng)合。常見的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體,將熱量由熱流體傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí),從熱流體處接受熱量,蓄熱體溫度升高后,再與冷流體接觸,將熱量傳給冷流體,蓄熱體溫度下降,從而達(dá)到換熱的目的。此類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可耐高溫,常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點(diǎn)是設(shè)備的體積龐大,且不能完全避免兩種流體的混合。工業(yè)上最常見的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),間壁

11、式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中,列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備,在許多工業(yè)部門被大量采用。列管式換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固,能承受高溫高壓,換熱表面清洗方便,制造工藝成熟,選材范圍廣泛,適應(yīng)性強(qiáng)及處理能力大等。這使得它在各種換熱設(shè)備的競(jìng)相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來。使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上,而管板則安裝在殼體內(nèi)。因此,這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和u形

12、管式等幾種類型。2.2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介2.2.1 換熱器類型的選擇根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求,介紹幾種常見的列管式換熱器。1 固定管板式換熱器這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體,管子則固定于管板上,它的結(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單;在相同的殼體直徑內(nèi),排管最多,比較緊湊;由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè)清洗困難,所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí),用使用管子于管板的接口脫開,從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。2.u型管換熱器u型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板,換熱管為u型,管子的兩端固定在同一塊管板上,其管程至少為兩程。管束可

13、以自由伸縮,當(dāng)殼體與u型環(huán)熱管由溫差時(shí),不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。u型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,只有一塊管板,密封面少,運(yùn)行可靠;管束可以抽出,管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難;喲由于管子需要一定的彎曲半徑,故管板的利用率較低;管束最內(nèi)程管間距大,殼程易短路;內(nèi)程管子壞了不能更換,因而報(bào)廢率較高。此外,其造價(jià)比管定管板式高10%左右。3. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接,可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮,該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在,殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí),互不約束,不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力;管束可以從殼體內(nèi)抽搐,便與管內(nèi)管間的

14、清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,用材量大,造價(jià)高;浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán),易發(fā)生泄漏,造成兩種介質(zhì)的混合。4.填料函式換熱器填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮,不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單,制造方便,耗材少,造價(jià)也比浮頭式的低;管束可以從殼體內(nèi)抽出,管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗,維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高,殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓,對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。2.3.1換熱器類型的選擇 所設(shè)計(jì)換熱器用于冷卻果漿,果漿粘度較大,易結(jié)垢,易腐蝕管道,所以

15、選用浮頭式換熱器,浮頭便于拆卸、清洗,且果漿走殼程也方便散熱,與冷卻介質(zhì)溫差較大,也避免產(chǎn)生溫差應(yīng)力產(chǎn)生管道變形。綜上所述,換熱器選擇浮頭式,果漿走殼程。2.3.2流徑的選擇 在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè),使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近;在運(yùn)行溫度較高的換熱器中,應(yīng)盡量減少熱量損失,而對(duì)于一些制冷裝置,應(yīng)盡量減少其冷量損失;管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理,以保證運(yùn)行的可靠性。參考標(biāo)準(zhǔn):(1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗管子,浮頭式換熱器殼程便于清洗。(2) 腐蝕性的流體宜走管內(nèi),以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕,而且管子也便于清洗和檢修。(3) 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi),以免殼

16、體受壓,其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高,宜走管程。(4) 飽和蒸氣宜走管間,以便于及時(shí)排除冷凝液,且蒸氣較潔凈,冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。(5) 被冷卻的流體宜走殼程,便于散熱,增強(qiáng)冷卻效果。(6) 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi),因管程流通面積常小于殼程,且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液體或流量較小的流體,宜走殼程,因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí),由于流速和流向的不斷改變,在低re(re100)下即可達(dá)到湍流,以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。(8) 若兩流體的溫度差較大,傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程,因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度,以減小管壁和殼壁的溫度差。綜合考慮以上

17、標(biāo)準(zhǔn),確定果漿應(yīng)走殼程,水走管程。2.3.3流速的選擇 表2-2 換熱器常用流速的范圍 介質(zhì)流速 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結(jié)垢液體 低粘度油 高粘度油 氣體 管程流速,m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530殼程流速,m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215由于增加流體在換熱器中的流速,將加大對(duì)流傳熱系數(shù),減少污垢在管子表面上沉積的可能性,即降低了污垢熱阻,使總傳熱系數(shù)增大,從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加,又使流體阻力增大,動(dòng)力消耗就增多。故擬取循環(huán)水流速為1.2m/s。2.3.4材質(zhì)的選擇列管換熱器的材料應(yīng)

18、根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等;非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實(shí)際需要,可以選擇使用不銹鋼材料。2.3.5管程結(jié)構(gòu)換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列,如下圖所示。 (a) 正方形直列(b)正方形錯(cuò)列 (c) 三角形直列 (d)三角形錯(cuò)列 (e)同心圓排列 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊;正方形排列便于機(jī)械清洗。對(duì)于多管程換熱器,常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列,而在各程之間為

19、了便于安裝隔板,采用正方形排列方式。 管板的作用是將受熱管束連接在一起,并將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接。2.3.6殼程結(jié)構(gòu)與相關(guān)計(jì)算公式介質(zhì)流經(jīng)傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu),主要由折流板、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場(chǎng)合不同,殼程內(nèi)對(duì)各種元件的設(shè)置形式亦不同,以此來滿足設(shè)計(jì)的要求。各元件在殼程的設(shè)置,按其不同的作用可分為兩類:一類是為了殼側(cè)介質(zhì)對(duì)傳熱管最有效的流動(dòng),來提高換熱設(shè)備的傳熱效果而設(shè)置的各種擋板,如折流板、縱向擋板。旁路擋板等;另一類是為了管束的安裝及保護(hù)列管而設(shè)置的支承板、管束的導(dǎo)軌以及緩

20、沖板等。 殼體是一個(gè)圓筒形的容器,殼壁上焊有接管,供殼程流體進(jìn)人和排出之用。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成,大于400mrn的可用鋼板卷焊而成。殼體材料根據(jù)工作溫度選擇,有防腐要求時(shí),大多考慮使用復(fù)合金屬板。 介質(zhì)在殼程的流動(dòng)方式有多種型式,單殼程型式應(yīng)用最為普遍。如殼側(cè)傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)小于管側(cè),則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個(gè)換熱器串聯(lián)也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降,可采用分流或錯(cuò)流等型式。 殼體內(nèi)徑d取決于傳熱管數(shù)n、排列方式和管心距t。計(jì)算式如下: 單管程 d=t(nc-1)+(23)d0式中 t管心距,mm; d0換熱管外徑,mm; nc橫過管束中心線的管數(shù),該值與管子排

21、列方式有關(guān)。 正三角形排列: 正方形排列: 多管程 式中 n排列管子數(shù)目; 管板利用率。 正角形排列:2管程 =0.70.85 4管程 =0.60.8 正方形排列:2管程 =0.550.7 4管程 =0.450.65殼體內(nèi)徑d的計(jì)算值最終應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。 在殼程管束中,一般都裝有橫向折流板,用以引導(dǎo)流體橫向流過管束,增加流體速度,以增強(qiáng)傳熱;同時(shí)起支撐管束、防止管束振動(dòng)和管子彎曲的作用。 折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型等。 圓缺形折流板又稱弓形折流板,是常用的折流板,有水平圓缺和垂直圓缺兩種。切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為2050。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮

22、固體粒子流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時(shí),不凝氣不能在折流板頂部積存,而在冷凝器中,排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形,雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。 折流板的間隔,在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的1/5或者不小于50 mm,最大值決定于支持管所必要的最大間隔。 殼程流體進(jìn)出口的設(shè)計(jì)直接影響換熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。當(dāng)加熱蒸汽或高速流體流入殼程時(shí),對(duì)換熱管會(huì)造成很大的沖刷,所以常將殼程接管在入口處加以擴(kuò)大,即將接管做成喇叭形,以起緩沖的作用;或者在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板。3 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定3.1確定設(shè)計(jì)方案1. 流選擇

23、換熱器類型:浮頭式換熱器2. 經(jīng)的選擇:果漿走殼程,循環(huán)水走管程3. 管程循環(huán)水流速取1.2m/s4. 材質(zhì):不銹鋼5. 管徑:25*2.5mm3.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度:果漿 水果漿參數(shù)(50) 水(10) 3.3計(jì)算總傳熱系數(shù)3.3.1熱流量(對(duì)應(yīng)果漿)3.3.2平均傳熱溫差:3.3.3冷卻水用量(忽略熱損失)3.3.4總傳熱系數(shù)k(取流速) 其中 管程:對(duì)流傳熱系數(shù) (其中被加熱介質(zhì)n=0.4) 自選殼程傳熱系數(shù)范圍為8501700,果漿取污垢熱阻 4.1計(jì)算換熱面積5.1工藝結(jié)構(gòu)尺寸5.1.1管徑和管內(nèi)流速選用較高級(jí)冷拔傳熱管(不銹鋼)取管內(nèi)流速 5.1.2管程和傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算

24、,所需的傳熱管長(zhǎng)度為取管長(zhǎng)為4.5m則(管程)則傳熱管數(shù)總根數(shù)5.1.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)計(jì)算如下: 但r=8.6的點(diǎn)很難在圖上讀出,因而以相應(yīng)1/r代替r,pr代替p,按單殼程,雙管程結(jié)構(gòu),查表知平均傳熱溫差由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時(shí)殼程流體流量較大,故取單殼程合適。6.傳熱管的排列和分程方法6.1殼體直徑取管板利用率則殼體直徑為計(jì)算的到的殼體直徑應(yīng)按換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。殼體直徑經(jīng)常用的標(biāo)準(zhǔn)有159mm、273mm、400mm、500mm、600mm、800mm等。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)可取d=400mm。6.1.1折流板 采用弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的2

25、5%,則切去的圓缺高度為,故可取h=100mm。取折流板間距,則個(gè)6.1.2接管 殼程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)氣體流速為,則接管內(nèi)徑為,圓整后可取管內(nèi)徑為50mm。管程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)流體流速為 ,則接管內(nèi)徑為 ,圓整后可取管內(nèi)徑為100mm。7.換熱器核算7.1傳熱面積校核7.1.1管程傳熱膜系數(shù)核算。管程流通截面積管程流體流速和雷諾數(shù)分別為 普朗特?cái)?shù) 管程傳熱膜系數(shù) 7.1.2殼程傳熱膜系數(shù)核算。管子按正三角形排列,傳熱當(dāng)量直徑為殼程流通截面積殼體流體流速及其雷諾數(shù)分別為普朗特?cái)?shù)黏度校正則殼程傳熱膜系數(shù)7.1.3污垢熱阻和管壁熱阻。查表知,管外側(cè)污垢熱阻,管內(nèi)污垢熱阻。已知管壁厚度

26、為,不銹鋼在此條件下的熱導(dǎo)率為17.4w/m。7.2總傳熱系數(shù)k。7.3傳熱面積校核實(shí)際傳熱面積換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。7.4換熱器內(nèi)壓降的核算7.4.1管程阻力由,傳熱管相對(duì)粗糙度0.005,參考圖雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得,流速,所以 管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。7.4.2殼程阻力按下式計(jì)算,其中流體流經(jīng)管束的阻力,則流體流過折流板缺口的阻力,其中 ,則總阻力 8、換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表附表1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/(kg/h)357915000進(jìn)(出)口溫度/10(17)80(20)壓力/mpa4.50.3物性定性溫度/13.

27、550密度/kg/m3999.71050定壓比熱容/kj/(kg/)4.1913.5黏度/pas1.306*10-3熱導(dǎo)率/w/(m)0.57410.61普朗特?cái)?shù)9.5312.6設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm400臺(tái)數(shù)1管徑/mm25*2.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm6000管子排列正三角形管數(shù)目/根54折流板數(shù)/個(gè)49傳熱面積/m225.4折流板間距/mm120管程數(shù)2材質(zhì)不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)1.170.126表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w/(m2)41101203污垢熱阻/(m2*/w)0.0003440.000172阻力/pa259982860.4熱流量/kw291.

28、7傳熱溫差/k26傳熱系數(shù)/w/m2*527.1裕度/%1.199. 設(shè)計(jì)評(píng)述本設(shè)計(jì)所有參數(shù)經(jīng)反復(fù)核算,保證各參數(shù)均在設(shè)計(jì)要求之內(nèi),準(zhǔn)確可行。殼程流體流速=0.126m/s,流體雷諾數(shù)=1203。管程流體流速=1.17m/s,流體雷諾數(shù)rei =107174000。管程流體流動(dòng)方式為湍流,能夠較好的達(dá)到換熱的要求??紤]到果漿產(chǎn)品的衛(wèi)生要求,為減少果漿的污染,換熱器材質(zhì)選用不銹鋼材料。每程內(nèi)都采用正三角形排列,而在各程之間為了便于安裝隔板,采用正方形排列方式。正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊,正方形排列便于機(jī)械清洗。該換熱器的面積裕度h=19在15-25之間,則所設(shè)計(jì)換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。管程流動(dòng)阻力為25.998kpa,10kpa 25.998kpa 100 kpa在允許范圍之內(nèi);殼程

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