卧式列管式换热器的设计.docVIP

PAGE  PAGE 8 煤油卧式列管式冷却器的设计 一、设计任务 1.处理能力：19.8×105t/a煤油； 2.设备形式：卧式列管式换热器。 二、操作条件 1.煤油：入口温度140℃，出口温度40℃； 2.冷却介质：为循环水，入口温度30℃，出口温度40℃； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.煤油在定性温度下的物性数据 5.每天按330天，每天按24小时连续运行。 三、设计要求 选择适宜的列管式换热器并进行核算。 附：煤油列管式冷却器的设计——工艺计算书 煤油卧式列管式冷却器的设计——工艺计算书 两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。 一、确定设计方案 （一）选定换热器类型 两流体温度变化情况：热流体（煤油）入口温度为140℃，出口温度为40℃；冷流体（冷却水）入口温度为30℃，出口温度为40℃。 两流体的定性温度如下： 煤油的定性温度 冷却水定性温度 两流体的温差，（50℃，70℃） 因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的列管式换热器 （二）选定流体流动空间及流速 因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，煤油走壳程。同时选用的碳钢管，管内流速取m/s（若按常用流速1.5m/s计算，可以得出所需管程数为6，换热器小而管程数过多使换热器结构变得复杂，而且动力消耗增大，设计时不能按教科书按部就班）。 二、确定物性数据 查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据如下表 物性 流体定性温度 ℃密度 kg/m3粘度 mPa·s比热容 kJ/(kg·℃)导热系数 W/(m·℃)甲苯65825.50.35751.8510.128冷却水30995.70.80074.1740.6176三、计算总传热系数 （一）计算热负荷（热流量） 按管间煤油计算，即 （二）冷却用水量 忽略热损失，则水的用量为 （三）计算逆流平均温度差 逆流温差 （四）总传热系数K 1.管程给热系数 ，故采用下式计算 2.壳程给热系数 假设壳程给热系数 3.污垢热阻 4.管壁的导热系数 碳钢的导热系数。 5.总传热系数 四、估算传热面积 考虑15%的面积裕度， 五、工艺结构尺寸 1.管径和管内流速 选用的碳钢换热管，管内流速 2.管程数和传热管数 根据传热管内径和流速确定单程传热管数 （根） 按单管程计算所需换热管的长度 按单管程设计，传热管过长，现取传热管长，则该换热器的管程数为 （管程） 传热管的总根数（根） 3.平均传热温差校正及壳程数 按单壳程双管程结构，查单壳程图，因在图上难以读取，因而相应以代替R，PR代替P，查同一图线得。于是。 单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算平均温度差 ℃ 现对上述查图方法进行说明。对于1-2折流有： 令，，则，。将R、P以代入上式得 显然，用对作图应为同一图线。本设计取有效对数平均温度差为℃。 4.传热管排列和分程方法 采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距，则 横过管束中心线的管数（根） 5.壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径 圆整取。 6.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 ，取。 取折流板间距为，则，取。 折流板数（块） 折流板圆缺水平面安装。 7.接管 壳程流体（煤油）进出口接管：取接管内煤油流速为1.0m/s，则接管内径 取标准管径为100mm。 管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为1.5m/s，则接管内径 （取标准管径为200mm） 六、换热器核算 （一）热量核算 1.壳程对流给热系数 对于圆缺形折流板，可采用克恩公式 当量直径由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为 2.管程对流给热系数 管程流通截面积 管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为 3.传热系数K 4.传热面积 该换热器的实际换热面积 面积裕度为 换热面积裕度合适，能够满足设计要求。 （二）换热器内流体的流动阻力 1.管程流动阻力 （Ft结垢校正系数，Np管程数，Ns壳程数） 取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，则，而，查图得 对的管子有 管程阻力在允许的范围之内。 2.壳程流动阻力 对壳程有折流挡板时，计算壳程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法计算结果与实际数据的一致性较好，但计算比较麻烦，而且对换热器的结构尺寸要求较详细。工程计算中常采用Esso法，该法的计算公式如下： （Fs为结垢校正系数，对液体Fs=1.15，Ns为壳程数） 流体流经管束的阻力 F为管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列F=0.