浮头式换热器课程设计

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采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列。隔板两侧采用矩形排列。

取管心距t=1.25do，则

t=1.25×25=31.25≈32mm

隔板中心到离其最近一排管中心距离为

s=t/2+6=32/2+6=22mm

各程相邻管的管心距为44mm。

5.5 壳体直径

采用多管程结构，进行壳体内径估算。查文献可知管板利用率范围在0.7～0.85之间，本装置取管板利用率η=0.70，则壳体直径为

D=1.05t(NT/η)0.5=1.05×32×(102/0.7)=405.5mm

按卷制壳体的进级档，可取D=400mm。

5.6 折流板

采用弓形折流板，圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

h=0.25×400=100mm

取折流板间距B=0.3D，则

B=0.3×400=120mm，可取B为120mm。

折流板数NB

NB=传热管长/折流板间距-1=3.8/0.12-1=30.7≈30块

折流板圆缺面水平装配。

5.7 其他附件

查文献拉杆数量与直径按标5-7-1和5-7-2选取

5-7-1 拉杆直径 换热管外径（mm） 拉杆直径（mm） 10 10 14 12 19 12 25 16 32 16 38 16 45 16 57 16

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5-7-2 拉杆数量

公称直径/mm 拉杆直径/mm 10 12 16 4 4 4 <400 ≥400 ≤700 6 4 4 ≥700 ≤900 10 8 6 ≥900 ≥1300 ≥1500≥1800 ≤1300 ≤1500 ≤1800 ≤2000 12 10 6 16 12 8 18 14 10 24 18 12

本换热器的传热管外径为25mm，其拉杆直径为16mm，共有4根拉杆

5.8 接管

壳程流体进出口接管：查文献管程冷却水的流速范围在0.5～3之间

取接管内冷却水流速为u1=0.5m/s，则接管内径为

D1=（4V/πu1）=(4×13034.9/3.14×0.5×3600×997.12)=0.0961m=96.1mm 圆整后可取管内径为100mm。

管程流体进出口接管：取接管内气体流速为u2=10m/s，则接管内径为

D2=（4V/πu2）=(4×3/3.14×10.31×10)=0.192m=192mm

圆整后可取管内径为200mm。

六、换热器核算

6.1 热流量核算

（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算，即

h0=0.36λ1/deRe00.55Pr1/3(η/ηw)0.14

三角形排列时，当量直径为

de=4×(3t2/2-πd02/4)/πd0=0.020m 壳程流通截面积

S0=BD(1-do/t)=0.10×0.4×(1-0.025/0.032)=0.00875m2

壳程流体流速及雷诺数分别为

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u0=13035/3600×997.2×0.00875=0.42m/s Re0=0.02×0.42×997.2/9.5×10-4=8817

普朗特数

Pr=4.18×0.95/0.616757=6.44

黏度校正

(η/ηw)0.14≈1

故壳程表面传热系数

h0=0.36×0.617/0.02×88170.55/6.441/3=3056[W/(m2K)]

（2）管内表面传热系数

hi=0.023λi/diRe0.8Pr0.3

管程流体流通截面积

Si=π(d/2)Ns=3.14×(0.025/2)×51=0.016m2

管程流体流速

ui=3/0.016×10.31=18.2m/s

Re=0.02×18.2×10.31/(2.035×10-5)=184415

普朗特数

Pr=1.009×10-3×2.035×10-5/(2.935×10-2)=0.6996

hi=0.023×(2.935×10-2/0.02)×1844150.8×0.69960.3=495[W/(m2K)]

（3）污垢热阻和管壁热阻

气侧污垢热阻 Rsi=0.3m2·℃/kW 水侧污垢热阻 Rs0=0.58m2·℃/kW

管壁热阻计算，碳钢在该条件下的热导率为50W/(m.K)。所以

Rw=0.0025/50=0.00005m2.K/W

（4）传热系数KC

KC=1/(1/3056+0.3×10-3+0.5×10-4×25/22.5+0.58×10-3×25/20+25/20×1/495) =254.3[W/(m2K)] （5）传热面积裕度 传热面积

AC=Φ/KC?tm=151350/254.3×24.85=23.95m2 该换热器的实际传热面积

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A=πd0lNT=3.14×0.025×3.8×102=30.44m2 该换热器的面积裕度计算为

H=(A-AC)/AC×100%=(30.44-23.95)/23.95=24.8%

查文献一般换热器裕度范围在15％～25％，故传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

6.2 壁温核算

由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环水冷却水进口温度为15℃，出口温度为30℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是有

壳程冷却水平均温度为

tm=0.4×30+0.6×15=21℃

管程气体平均温度为

Tm=(90+40)/2=65℃

传热管平均壁温

T=(65/313.3+21/2193.1)/(1/313.3+1/2193.1)=59.5℃

传热管壁温和壳体壁温之差为

?t=59.5-21=38.5℃

该温差较大，故需设温度补偿装置。由于换热器壳程流体压力较高，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。

6.3 换热器内流体的流动阻力

（1）管程流体阻力

?pt=(?pi+?pr)NsNpFs

Ns=1， Np=2

?pi=λil/di×ρu2/2

由Re=184415,，传热管相对粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄图得λi=0.04，流速u=18m/s，ρ=10.31kg/m3，所以

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