管殼式換熱器工藝計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20749管殼式換熱器工藝計(jì)算案例 1215341.概述 1276841.1研究背景 2116681.2換熱器的設(shè)計(jì)理念 2177061.3設(shè)計(jì)要求 3167431.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)表 3162941.3.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求 4307772.工藝計(jì)算 4204792.1選取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行熱量衡算： 4127652.2冷熱流體的物性參數(shù) 5183362.3換熱器尺寸計(jì)算 5121452.3.1由傳熱量Q，假設(shè)K來(lái)計(jì)算實(shí)際換熱面積 5110412.3.2估算管內(nèi)流通截面 6213292.3.3換熱管個(gè)數(shù)的計(jì)算 6109952.3.4換熱管長(zhǎng)度的計(jì)算 735012.3.5估算殼體內(nèi)徑 7230622.3.6實(shí)際換熱管管數(shù)下的流通截面 7170932.3.7實(shí)際換熱面積的計(jì)算 8235282.4傳熱系數(shù)的確定 882212.4.1管內(nèi)的傳熱系數(shù) 8187082.4.2管外的傳熱系數(shù) 8164162.4.3總傳熱系數(shù) 10143492.4.4計(jì)算傳熱面積 10186982.5流體阻力的計(jì)算 10189822.5.1管程流體阻力 10280402.5.2管間阻力損失 1116522.6換熱器的壁溫計(jì)算 1233012.6.1管程壁溫計(jì)算 12139902.6.2殼體壁溫的計(jì)算 131.概述1.1研究背景從近現(xiàn)代以來(lái)，我國(guó)取得了飛速的發(fā)展，單位能源消耗很高，所以減少能源耗損，提高能量使用效率，同時(shí)加大力度開(kāi)發(fā)研究新能源的使用，使之廣泛應(yīng)用到社會(huì)生活中以保護(hù)環(huán)境，成了當(dāng)務(wù)之急，并且我國(guó)乃至世界發(fā)展的共同主題也是節(jié)能減排。當(dāng)前，日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題引起了全社會(huì)的關(guān)注，工業(yè)廢水廢氣的排放，以及隨處可見(jiàn)二氧化碳的排放都在威脅著我們的生存環(huán)境，所及節(jié)能減排以保護(hù)環(huán)境已經(jīng)是重中之重，發(fā)展的同時(shí)要保護(hù)環(huán)境，綠水青山就是金山銀山。換熱器在生產(chǎn)生活中應(yīng)用及其廣泛。所以只有對(duì)對(duì)換熱器進(jìn)行深入研究以提高換熱效率，才能有效減低能源消耗。換熱器在傳熱的過(guò)程中，由于熱邊界層以及速度邊界層的以及換熱材料本身的影響，傳熱表面的具有相當(dāng)大的熱阻，再加上由于介質(zhì)腐蝕結(jié)垢等因素，在金屬表面結(jié)垢，產(chǎn)生污垢熱阻，其對(duì)熱量傳遞的阻擋遠(yuǎn)大于金屬，我們可以采用破壞邊界層亦或是增加流體擾動(dòng)的方法都可以有效提高換熱效率。但是當(dāng)流體的流量過(guò)大的時(shí)候，就會(huì)造成壓降的增大，這樣也會(huì)加劇能量耗損，減少了經(jīng)濟(jì)效益。所以在設(shè)計(jì)換熱器的過(guò)程中，這些問(wèn)題都必須充分考慮，在熱阻最大的哪一環(huán)節(jié)下功夫，減少該熱阻能夠最明顯的增大換熱效率，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)因考慮換熱器的清洗問(wèn)題，因?yàn)槲酃府a(chǎn)生熱阻也大大影響換熱效率。早期的換熱器設(shè)計(jì)由于受生產(chǎn)制造水平的限制，雖然考慮到的提高效率的設(shè)計(jì)想法很多，卻往往難以付諸實(shí)際，使最終生產(chǎn)出的換熱器傳熱效率依舊很低，最終導(dǎo)致的結(jié)果是經(jīng)濟(jì)效益始終無(wú)法提升上去。幾十年以來(lái)，隨著科技社會(huì)的不斷發(fā)展，各種新材料的研發(fā)使用以及零件制造水平的大大提升，大大推動(dòng)了換熱器的發(fā)展與應(yīng)用，單位體積下?lián)碛休^大的換熱面積以及換熱效率高都是管殼式換熱器的特點(diǎn)，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)它得到了社會(huì)生產(chǎn)的廣泛認(rèn)可，最終才能迅速發(fā)展起來(lái)。1920年以前，換熱器的應(yīng)用主要以管式換熱器和管殼式換熱器為主；到了1960年生產(chǎn)制造工業(yè)得到了大大的提升和進(jìn)步，使得板式換熱器蓬勃發(fā)展，它因結(jié)構(gòu)緊湊得到了廣泛應(yīng)用。從那以后，管式換熱器也從中受益，得到了長(zhǎng)期的發(fā)展。1.2換熱器的設(shè)計(jì)理念首先，實(shí)現(xiàn)所給定的工藝條件必須合情合理。單位時(shí)間的傳熱量，冷熱流體介質(zhì)的壓力，溫度，流量，還有相態(tài)變化，這些都是工藝所規(guī)定的條件。我們作為設(shè)計(jì)者，應(yīng)該按照這些條件，遵循標(biāo)準(zhǔn)，反復(fù)試算，把每次的結(jié)果放在一起相比較，最終選出的結(jié)果換熱面積應(yīng)該較小，又具有足夠高的換熱效率的那組方案。其次，所設(shè)計(jì)的換熱器各零部件的尺寸以及間距必須合理，以便于拆裝；在底部以及頂部應(yīng)設(shè)計(jì)有排氣孔和排液孔，并設(shè)置相應(yīng)的保溫層。所有結(jié)構(gòu)都必須遵照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度校核，這樣換熱器才能安全可靠。最后，所設(shè)計(jì)換熱器應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理。換熱器是用于工業(yè)生產(chǎn)的常用工具，它的存在必須是帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，要注意材料的選擇，在滿足工藝要求的同時(shí)，應(yīng)選擇價(jià)格更為低廉的材料，應(yīng)考慮到換熱器的使用壽命以及維修成本。1.3設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)任務(wù)的題目是管殼式換熱器的設(shè)計(jì)（225℃，0.35MPa），換熱介質(zhì)是高溫過(guò)熱蒸汽和冷卻水，在汽-水的換熱中，最為常用的是固定管板式換熱器。換熱器在換熱過(guò)程中，介質(zhì)流體的流速，換熱系數(shù)，等因素都能對(duì)換熱效率造成影響。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，固定管板式換熱器可以為單管程，也可設(shè)計(jì)為多管程，它取決于換熱量以及具體的安裝環(huán)境等因素，可以用于不同的工作場(chǎng)合。當(dāng)下，管殼式換熱器得到了迅速的發(fā)展，在各種領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用1.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)表壓力（絕）3.5bar7.0bar入口溫度（℃）22570出口溫度（℃）飽和蒸汽序號(hào)傳熱量Q×（kJ/h）水流量（kg/h）11.7313020625.1939063938.653151031412.12211546515.58271959619.04332371722.50392784824.234229901.3.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求 1.8個(gè)熱負(fù)荷系列工況下的傳熱工藝計(jì)算；2.優(yōu)化熱負(fù)荷范圍并選出2～3臺(tái)換熱器進(jìn)行繪圖；3.進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)；4.所設(shè)計(jì)的換熱器須按照國(guó)家最新規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的施工圖能付制造廠制造；5.翻譯相關(guān)的英文文獻(xiàn)（1～3萬(wàn)印刷字符）；6.應(yīng)有相應(yīng)的計(jì)算機(jī)CAD繪圖；7.詳盡的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（不少于1.5萬(wàn)字）；2.工藝計(jì)算2.1選取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行熱量衡算：取設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中第三組數(shù)據(jù)進(jìn)行手工計(jì)算，由熱量衡算公式得：傳熱量水流量查表取水的定壓比熱按照公式計(jì)算出冷卻水的出口溫度:即則冷卻水出口溫度查表的給定壓力下飽和蒸汽的溫度（即過(guò)熱蒸汽的出口溫度）為可得冷熱流體的平均溫度為：2.2冷熱流體的物性參數(shù)查《水和蒸汽的性質(zhì)》表，根據(jù)冷熱流體的平均溫度，得到物性參數(shù)： 冷熱流體的特性參數(shù) 1.70615.35832.8562.1060.985 976.023402.6126684.1182.4822.3換熱器尺寸計(jì)算2.3.1由傳熱量Q，假設(shè)K來(lái)計(jì)算實(shí)際換熱面積先忽略熱損失來(lái)計(jì)算蒸汽流量，由熱量衡算公式可得：由此可以得到過(guò)熱蒸汽的質(zhì)量流量：計(jì)算逆流対數(shù)平均溫差，由公式可得傳熱溫差：由傳熱學(xué)知識(shí)可知對(duì)數(shù)平均溫差為：因?yàn)楹竺嬗?jì)算得出為單管程，且管長(zhǎng)不超過(guò)，無(wú)需校正。此處假定。根據(jù)對(duì)流傳熱計(jì)算公式，可以求得實(shí)際換熱面積為：2.3.2估算管內(nèi)流通截面我們?cè)谠O(shè)計(jì)換熱器時(shí)，過(guò)熱蒸汽走管程，它在管內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)，而冷卻水在殼程進(jìn)行流動(dòng)，查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)可知管內(nèi)流速在之間，所以假設(shè)管內(nèi)的流速，選定換熱管的基本尺寸為，其內(nèi)徑為。2.3.3換熱管個(gè)數(shù)的計(jì)算根據(jù)選定的傳熱管內(nèi)徑和管內(nèi)流速確定單程管數(shù)，取其中的選定由管子定，該換熱管的基本尺寸為，它的內(nèi)徑為。2.3.4換熱管長(zhǎng)度的計(jì)算按單管程設(shè)計(jì)，利用管長(zhǎng)計(jì)算公式可得：管長(zhǎng)圓整為，換熱管選用的換熱管，管程數(shù)為1。2.3.5估算殼體內(nèi)徑已知換熱管規(guī)格和數(shù)量，估算出來(lái)殼體直徑為：:管子的中心距，的換熱管中心距為中心排管數(shù)，對(duì)于正三角形排列中心線上最外層管的中心線至殼體內(nèi)壁的距離，選定換熱管為正三角形排列，求出中心排管數(shù)為：根將殼體內(nèi)徑圓整為。用制圖軟件對(duì)管子進(jìn)行排列，求得管子數(shù)為根，因?yàn)樾枰惭b個(gè)拉桿，故實(shí)際管數(shù)根。2.3.6實(shí)際換熱管管數(shù)下的流通截面單程管的流通截面：根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)中的標(biāo)準(zhǔn)，可以設(shè)定布管圓。選定換熱管圓心到殼體內(nèi)壁的距離為，確定限定圓的直徑為。圖1正三角形布管2.3.7實(shí)際換熱面積的計(jì)算2.4傳熱系數(shù)的確定2.4.1管內(nèi)的傳熱系數(shù)管程流通界面積：流速為：雷諾數(shù)為：計(jì)算傳熱系數(shù)：2.4.2管外的傳熱系數(shù)無(wú)折流時(shí)：當(dāng)量直徑為正三角形排列時(shí)殼程流體流通截面積：殼程流體流速為：由于殼程流速過(guò)低，考略增設(shè)折流板。采用弓形折流板，取折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，。折流板間距折流板塊數(shù)3塊換熱管為正三角形排列且有折流板，求得當(dāng)量直徑：有折流板時(shí)，管間的流通截面為：流速雷諾數(shù)計(jì)算傳熱熱系數(shù)為2.4.3總傳熱系數(shù)先取污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取管內(nèi)測(cè)污垢熱阻：查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取總的實(shí)際傳熱系數(shù)為： 2.4.4計(jì)算傳熱面積根據(jù)已知數(shù)據(jù)，求得理論換熱面積為：換熱器的面積裕度為：符合要求。2.5流體阻力的計(jì)算通過(guò)計(jì)算壓力降來(lái)反映流體流動(dòng)式客服摩擦的阻力損失。2.5.1管程流體阻力2.5.2管間阻力損失液體流經(jīng)管數(shù)阻力：折流板間距，折流板數(shù)=3塊，