管壳式换热器设计报告

2014-6-13

设计任务书

设计一个管壳式换热器，用冷水冷却工艺废水。参数如下：

一、设计计算

1、方案确定

（1）热交换器的类型选择：管壳式换热器

（2）流程的选择：由于逆流换热的换热温差大，换热效果好，采用逆流换热，由于自来水易结垢，自来水走管程，所以工艺废水走壳程。 2、计算物性参数

（1）热流体（工艺废水）的物性参数：

t1'100℃ t130℃ qm120t/h5.56kg/s qv15.67103m3/s

t1't1

65℃ 查65℃下饱和水的物性参数如下：定性温度：22

1980.45kg/m3 Cp14.183kJ/(kgK) 10.664W/(mK)

10.447106m2/s pr12.77

（2）自来水的物性参数：

t215℃ 假设t250℃ qm240t/h11.11kg/ s qv211.17103m3/s '

t2t21550

32.5℃ 查32.5℃下饱和水的物性参数如下：定性温度：22

2994.83kg/m3 Cp24.174kJ/(kgK) 20.622W/(mK)

20.769106m2/s pr25.14

3、估算传热面积

（1）热流量 qm1Cp1(t1't1)5.564183(10030)1.63106W

若按纯逆流计算，其温差为

tmaxt1't2t2301515℃ 1005050℃ tmint1

tm

tmaxtmin5015

29.1℃

maxlnlntmin15

（3）初算传热面积

查表得水水换热的传热系数为1000~2500W/(m2K)，所以初选 K=1000W/(m2K),则估算的传热面积

1.63106

A估56.01m2

Ktm100029.14、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速

选用192mm的碳钢传热管，查表得，取管内流速ui0.8m/s （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：

11.17103

Ns79.05 取80根

2diui0.01520.844

qv2

按单程，所需传热管长：L

A估56.01

11.7m

d0Ns3.140.01980

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据换热管规格标准，选取换热管长为l8m，则该热交换器的管程数为

L13.3Np2 则传热管总根数 n802160根

l7.5

（3）对数平均温差和壳程数

该换热器为1-2型，首先计算两个无量纲参数

t1't110030t2t25015

2 P''0.4 R

t2t25015t1t210015

查图6-13得其温差修正系数为0.8，tm(tm)0.829.123.3℃，采用单壳程。

（4）传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列，管间距

Pt1.25d01.251923.7524mm

隔板中心到离其最近一排管中心间距 Z则两程相邻管的管中心间距为36mm （5）壳体直径

Pt246618mm 22

取管板利用率为0.7，则壳体直径 D1.05Pt



1.0524

199.8mm0.7

圆整到标准可取D325mm,壁厚8mm （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h0.2532581.25mm 取折流板间距 B0.3D0.332597.5mm

153 根据标准可取150mm，折流板数目 NB1

B0.15

（7）接管

壳体流程进出口接管

取管内流速为u1m/s，则接管内径为D1整后可取管内径为D1100mm 管程流体进出口接管

取管内流速为u1m/s，则接管内径为D2圆整后可取管内径为D2150mm

5、热交换器校核（1）传热面积校核

① 管程对流传热系数

3.14

0.0152800.014m2 流通截面积 Aidi2Ns

'i'0

4qv1

'

u0

45.67103

0.085m，圆

3.141

4qv2

'

ui

411.17103

0.119m，

3.141

qv211.17103

流体流速 ui 0.79m8/s

Ai0.014雷诺数 Rei

uidi

2



0.7980.015

1.56104104 6

0.76910

0.8

0.4

0.8

0.023156005.140.4100.14

流动属于紊流，Nui0.023ReiPr2则管程对流传热系数为 hi

2

Nui

0.622

100.144152.5W/(m2K) 0.015

② 壳程对流传热系数

管子按正三角形排列，传热当量直径为

4(de

323.14Ptd02)4(0.02420.0192)0.0145m d03.140.019

壳程流通截面积 A0BD(1

d00.019

)0.20.325(1)0.0135m2 Pt0.024

qv15.67103

流体流速 u00.42m/s

A00.0135雷诺数 Re0

u0d0

1



0.420.019

1.79104104 6

0.44710

Nu00.36Re0

0.55

Pr10.36179002.77110.37

则壳程对流传热系数为 h0

1

Nu0

0.664

110.375054.18W/(m2K) 0.0145

③ 污垢热阻和管壁导热

查表得 Rf0.000176(m2K)/W 碳钢导热系数 43.2W/(mK)

④ 总传热系数

k

d0d0d011

(R0)ln(Ri)h02dihidi



1039.34W/(m2K)

(0.000176)ln(0.000176)5054.18243.20.0154152.50.015

⑤ 传热面积校核

1.63106热交换器需要的实际面积 A67.31m2

Ktm1039.3423.3

热交换器的实际面积 And0l1603.140.019876.36m2 面积裕度

A76.36

1.13 '

A67.31

在范围1.1~1.25内，所以该热交换器能满足换热需求。 A'

本次换热器课程实设计，使我对换热器的设计过程有了更深的了解。在实际的计算过程中，将所学的专业理论知识运用到实际工程问题中，更好地掌握了理论知识。

在本次的设计计算中，第一次校核结果有偏差，于是从假设传热系数开始，重新改变了k,单程管数Ns，经过校核，终于达到要求，在这个过程中，我知道了各个因素是如何影响结果的，在出现问题时，应该怎样校正才可以最快满足要求。在计算时，一定要认真谨慎，一工程师的标准严格要求自己，做出最好的设计。

本次换热器课程设计加深了我对换热器的认识，提高了设计计算能力，增强了理论知识与实际运用的联系。

管壳式换热器设计报告

2014-6-13

设计任务书

设计一个管壳式换热器，用冷水冷却工艺废水。参数如下：

一、设计计算

1、方案确定

（1）热交换器的类型选择：管壳式换热器

（1）热流体（工艺废水）的物性参数：

t1'100℃ t130℃ qm120t/h5.56kg/s qv15.67103m3/s

t1't1

65℃ 查65℃下饱和水的物性参数如下：定性温度：22

1980.45kg/m3 Cp14.183kJ/(kgK) 10.664W/(mK)

10.447106m2/s pr12.77

（2）自来水的物性参数：

t215℃ 假设t250℃ qm240t/h11.11kg/ s qv211.17103m3/s '

t2t21550

32.5℃ 查32.5℃下饱和水的物性参数如下：定性温度：22

2994.83kg/m3 Cp24.174kJ/(kgK) 20.622W/(mK)

20.769106m2/s pr25.14

3、估算传热面积

（1）热流量 qm1Cp1(t1't1)5.564183(10030)1.63106W

若按纯逆流计算，其温差为

tmaxt1't2t2301515℃ 1005050℃ tmint1

tm

tmaxtmin5015

29.1℃

maxlnlntmin15

（3）初算传热面积

查表得水水换热的传热系数为1000~2500W/(m2K)，所以初选 K=1000W/(m2K),则估算的传热面积

1.63106

A估56.01m2

Ktm100029.14、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速

选用192mm的碳钢传热管，查表得，取管内流速ui0.8m/s （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：

11.17103

Ns79.05 取80根

2diui0.01520.844

qv2

按单程，所需传热管长：L

A估56.01

11.7m

d0Ns3.140.01980

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据换热管规格标准，选取换热管长为l8m，则该热交换器的管程数为

L13.3Np2 则传热管总根数 n802160根

l7.5

（3）对数平均温差和壳程数

该换热器为1-2型，首先计算两个无量纲参数

t1't110030t2t25015

2 P''0.4 R

t2t25015t1t210015

查图6-13得其温差修正系数为0.8，tm(tm)0.829.123.3℃，采用单壳程。

（4）传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列，管间距

Pt1.25d01.251923.7524mm

隔板中心到离其最近一排管中心间距 Z则两程相邻管的管中心间距为36mm （5）壳体直径

Pt246618mm 22

取管板利用率为0.7，则壳体直径 D1.05Pt



1.0524

199.8mm0.7

圆整到标准可取D325mm,壁厚8mm （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h0.2532581.25mm 取折流板间距 B0.3D0.332597.5mm

153 根据标准可取150mm，折流板数目 NB1

B0.15

（7）接管

壳体流程进出口接管

取管内流速为u1m/s，则接管内径为D1整后可取管内径为D1100mm 管程流体进出口接管

取管内流速为u1m/s，则接管内径为D2圆整后可取管内径为D2150mm

5、热交换器校核（1）传热面积校核

① 管程对流传热系数

3.14

0.0152800.014m2 流通截面积 Aidi2Ns

'i'0

4qv1

'

u0

45.67103

0.085m，圆

3.141

4qv2

'

ui

411.17103

0.119m，

3.141

qv211.17103

流体流速 ui 0.79m8/s

Ai0.014雷诺数 Rei

uidi

2



0.7980.015

1.56104104 6

0.76910

0.8

0.4

0.8

0.023156005.140.4100.14

流动属于紊流，Nui0.023ReiPr2则管程对流传热系数为 hi

2

Nui

0.622

100.144152.5W/(m2K) 0.015

② 壳程对流传热系数

管子按正三角形排列，传热当量直径为

4(de

323.14Ptd02)4(0.02420.0192)0.0145m d03.140.019

壳程流通截面积 A0BD(1

d00.019

)0.20.325(1)0.0135m2 Pt0.024

qv15.67103

流体流速 u00.42m/s

A00.0135雷诺数 Re0

u0d0

1



0.420.019

1.79104104 6

0.44710

Nu00.36Re0

0.55

Pr10.36179002.77110.37

则壳程对流传热系数为 h0

1

Nu0

0.664

110.375054.18W/(m2K) 0.0145

③ 污垢热阻和管壁导热

查表得 Rf0.000176(m2K)/W 碳钢导热系数 43.2W/(mK)

④ 总传热系数

k

d0d0d011

(R0)ln(Ri)h02dihidi



1039.34W/(m2K)

(0.000176)ln(0.000176)5054.18243.20.0154152.50.015

⑤ 传热面积校核

1.63106热交换器需要的实际面积 A67.31m2

Ktm1039.3423.3

热交换器的实际面积 And0l1603.140.019876.36m2 面积裕度

A76.36

1.13 '

A67.31

在范围1.1~1.25内，所以该热交换器能满足换热需求。 A'

本次换热器课程设计加深了我对换热器的认识，提高了设计计算能力，增强了理论知识与实际运用的联系。

管壳式换热器设计报告

相关内容

热门内容

标签