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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1.5MPa(表压),壳程压力为0.75MPa(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。
设计计算过程:
(1)热力计算
1)原始数据:
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=0.75Mpa(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=0.3Mpa(表压)。改为冷却水工作压力P2=2.5Mp
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=992.9kg/m3;
冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174kJ/kg.℃
冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4W/m.℃
冷却水的粘度μ2=727.5×10-6Pa·s;
冷却水的普朗特数查物性表得Pr2=4.865;
过冷水的定性温度t1=(
过冷水的密度查物性表得ρ1=976kg/m3;
过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.℃;
过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃;
过冷水的普朗特数查物性表得Pr2=2.312
过冷水的粘度μ1=0.3704×10-6Pa·s。
过冷水的工作压力P1=1.5Mpa(表压)
3)传热量与水热流量
取定换热器热效率为η=0.98;
设计传热量:
Q
=80000×4.174×
过冷却水流量:
G2
4)有效平均温差
逆流平均温差:
?t
根据式(3-20)计算参数p、R:
参数P:
P=
参数R:
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=0.83;
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=400W/m.℃;
初选传热面积:
A0=Q
选用φ25×2.5无缝钢管作换热管;
管子外径d0=0.025m;
管子内径di=0.025-2×0.0025=0.02m;
管子长度取为l=3m;
管子总数:
n=A0π·d0
管程流通截面积:
At=
管程流速:
w2
管程雷诺数:
Re2=ρ
管程传热系数:(式3-33c)
α
6)结构初步设计:
布管方式见图所示:
管间距s=0.032m(按GB151,取1.25d0);
管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定:
Nc
取20根;
壳体内径:
D
=0.9m取Di=0.7m;
雷诺数:
Re1
查得壳程摩擦系数:λ1=0.08;(图3-34)
管束压降(公式3-129):
?pi=
取进出口质量流速:WN1=1000kg/m2·s;(ρw22200取WN2=1000㎏/㎡·
进出口管压降:
?pN1
取导流板阻力系数:ξd
导流板压降:
?p
壳程结垢修正系数:?d=1.38;(表3-1
壳程压降:
?pl=
管程允许压降:[△P2]=35000Pa;(见表3-10)
壳程允许压降:[△P1]=35000Pa;
△P2[△P2]
△P1[△P1]
即压降符合要求。
(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?25×2.5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。
管子总数为352根,其传热面积为:
F=π
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:Ds=700mm;材质Q235A
壳体厚度(式6-1):
δ=p
σt=1245.88tw
?=0.7
C=2mm(厚度附加量见GB150)
P=1.2p1(p为设计压力要大于工作压力)
δ=
实取δ
5)管板
根据表5-8查取δ
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。Q235A钢板。
拱高:h=140m
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