南京工业大学列管式换热器材料工程原理课程设计(编辑修改稿)

南京工业大学列管式换热器材料工程原理课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

化工原理课程设计 9 若选择较小管径，管内传热膜系数可以提高，而且对于同样传热面积来说可以减小壳体直径。 但管径小，流动阻力大，机械清洗困难，设计时可根据具体情况选用合适的管径。 根据本次设计要求及查常用换热管的规格和尺寸偏差表、列管式换热器中不同粘度液体的最大流速表以及列管式换 热器常用流速，选择 GB8163— 8（碳钢） 取管内流速 1u 二、 选择管长、确定管程数和总管数 选定管径和管内流速后，可由下式确定单程管数： udV211 4n  式中 1n 单程管数目； V 管程的体积流量， s/m3 ； 1d 传热管内径， m； u管内流体流速， s/m 可得单程换热器的管长如下： 01n dAL  式中 L按单程计算的管长， m ； A估算的传热面积， 2m ； 0d 管外径， m 如果按单程计算的管太长，则应该采用多程管，此时应按实际情况选择每程管的长度。 在选取管长时应注意合理利用材料，还要使换热器具有适宜的长径比。 列管式换热器的长径比可在 4~25 范围内，一般情况下为 6~10。 确定了每程管子长度后即可求的管程数： lp LN 式中 L按单程计算的管长， m； L选取的每程管长， m； pN 管程数（必须取整数） 则换热器的总管数为： 1pnNNT 式中 TN 换热器总管数 * 由上式分别计算本次列管式换热器设计的管程数和传热管数： udV211 4n = 2  ）（==471（根） 按单程管计算所需的传热管长度： 01n dAL  = 709  = 因此按单程管 设计时传热管过长，宜采用多程管结构。 根据本次设计的实际情况，去传热管长 l=10m，则该换热器的管程数为： 化工原理课程设计 10 lp LN= =2（管程） 传热管总数 TN =471 2=942（根） 三、平均传热温差校正及壳程数 换热器的平均传热温差由下式计算： 1221t tTTR  冷流体的温升热流体的温降 1112 tt tTP 两流体最初温差冷流体的温升 其中温差校正系数 t 与流体的进出口温度有关，也与换热器的壳程数及管程数有关（ t 值可查温差校正系数图）。 而一般要求 t 值不得低于 ，否则会出现温度交叉或温度逼近的情况，此时应该采用多壳程结构的换热器或多台换热器串联。 * 本次列管式换热器设计平均传热温差的计算： 2536 50100R= 2536 P 按单壳程，双管程，查温差校正系数图得 t = 平均传热温差：逆mtt tm  =  =℃ 由于平均传热温差校正系数大于 ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 四、管子排列 换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。 (a) 正方形直列 （ b）正方形错列 (c) 三角形直列 （ d）三角形错列 （ e）同心圆排列 正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。 对于多管程换热器，常采用组合排列方式。 每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。 管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。 管板与管子的连接可胀接或焊接。 化工原理课程设计 11 * 本次列管式换热器的设计采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔 板两侧采用正方形排列。 取管心距 0  dt （ mm） 隔板中心到距离其最近一排管中心距离的计算：  62tS 22（ mm） 即各程相邻的管心距为 22 2=44（ mm）管束的分程方法， 由于每程各有传热管 471 根，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按如图选取。 五、壳体内径 采用多管程换热器壳体的内径由下式计 算： TND  式中 TN 传热管数目 管板利用率（正三角形排列， 2 管程，  =~） 需要指出的是，由此计算的 内径仅做参考，内径的可靠确定方法是按比例在管板上画出隔板位置并进行排管，以此确定内径。 * 本次列管式换热器设计中取管板利用率  =，则有： ）（ mm1 19   TND 按卷制壳体的金级挡，取 D=1250（ mm） 六、 折流板 安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板 图 22 的 形状和间距必须适当。 折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。 切去的弓形高度约为外壳内径的 10～ 40％，一般取 25％，过高或过低都不利于传热。 圆缺形 . 圆盘形 化工原理课程设计 12 * 本次列管式换热器设计的折流板取圆缺形，圆缺的高度为壳体内径的 25%即： 1 21 2 5 0%25h  （ mm）故可取 h=320m（ mm） 折流板间距 B== 1250=375(mm)故可取 B=400（ mm） 折流板数 4 0 07 0 0 01  ——折流板间距 传热管长BN（块） 七、 其它主要附件及接管 拉杆数量与直径可查《拉杆直径与拉杆数表》选取 * 本次列管式换热器设计的内径为 1250mm故其拉杆直径为 12 ，拉杆数量不得少于 10 个。 在壳程入口处应该 设置防冲挡板，如图 23 图 23 换热器流体进出口接管不宜采用轴向接管，但如果必须采用轴向接管时，应考虑设置管程缓冲挡板，而接管直径取决于处理量和适宜的流速，同时还应考虑结构的协调性及强度要求。 * 本次列管式换热器设计中，对于壳程流体进出口接管，若取接管内流速为s/m10u1  ，则接管内径为： )903 6 0 0/(2 2 1 0 0 044 11   uVD （ m） 对于管程流体进出口接管，若取管内流体流速 su /  则接管内径为： ）（ m33 ) 436 00/(79 34 4042  D 圆整后，取壳程流体进出口接管规格为 20350 ，取管程流体进出口接管规格为 10350 第三章 列管式换热器工艺设计的核算 167。 传热能力的核算 核算的目的在于验证所设计的换热器是否能打到规定的热负荷，并留有一定的传热面积裕度。 壳程流体传热膜系数的核算 克恩提出的对于采用圆缺形折流板时壳程流体的传热膜系数的计算式为： 化工原理课程设计 13 0 )( weda  式中 0 管外传热膜系数， ℃/ 2mw ；  壳程流体的导热系数， ℃/mw ed 当量直径， m； eR 管外流动雷诺数； rP 普兰特常数，取定性温度下的值  流体定性温度下的粘度， sPa ； w 流体壁温下的粘度， sPa 而当量直径 ed 随管子的布置方式而变化，对于采用三角形排列的情况： 0402 )423(4ddtde ππ 式中 t管间距， m； 0d 传热管外径， m 雷诺数 0udR ee 000 SVu 0V 壳程流体的体积流量， sm/3 )1( 00 tdBDS 。