甲苯U形管換熱器的工藝計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u8622甲苯U形管換熱器的工藝計算過程案例 18011.1甲苯U形管換熱器設(shè)計方案 1186142.1.1甲苯U形管換熱器類型的選定 1138502.1.2甲苯U形管換熱器流體流動空間及流速的選定 2326871.2確定甲苯U形管換熱器物性數(shù)據(jù) 2187211.3計算甲苯U形管換熱器總的傳熱系數(shù) 2102201.4計算甲苯U形管換熱器傳熱面積 343761.5甲苯U形管換熱器工藝結(jié)構(gòu)計算 3246051.5.1甲苯U形管換熱器管徑和管內(nèi)流速 3168671.5.2甲苯U形管換熱器傳熱管數(shù)和管程數(shù) 394081.5.3甲苯U形管換熱器平均傳熱溫差 3178031.5.4甲苯U形管換熱器傳熱管排列和分程方法 485021.5.5甲苯U形管換熱器殼體內(nèi)徑 4177891.5.6甲苯U形管換熱器實際布管 4160781.5.7甲苯U形管換熱器折流板 594701.5.8甲苯U形管換熱器接管 54371.6甲苯U形管換熱器核算 5205932.6.1甲苯U形管換熱器熱量核算 5157522.6.2甲苯U形管換熱器內(nèi)流體的流動阻力 71.1甲苯U形管換熱器設(shè)計方案甲苯U形管換熱器類型的選定管程流體（甲苯）：QUOTEt1t1=QUOTE86℃86℃，QUOTEt2t2=QUOTE53℃53℃；t=86?53=33℃殼程流體（循環(huán)水）：QUOTEt1t1=QUOTE26℃26℃，QUOTEt2t2=QUOTE36℃36℃；t=36?26=?ti=33U形管式換熱器的特點是：性能好；承壓能力強(qiáng)；管束可從殼體內(nèi)抽出，便于清洗和維修；管程為雙管程，流程較長，流速較高；結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜。因此，初步選用的類型U形管式換熱器。甲苯U形管換熱器流體流動空間及流速的選定循環(huán)水容易使換熱器的管子結(jié)垢，為了便于管子的重復(fù)應(yīng)用和往后水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，甲苯走殼程。選用QUOTEφ25×2.5mmφ25×2.5mm的碳鋼管，循環(huán)水常用的流速為：QUOTE1.0~2.0m/s1.0~2.0m/s，取管內(nèi)流速為QUOTEui=1.0m/sui1.2確定甲苯U形管換熱器物性數(shù)據(jù)甲苯的定性溫度為：QUOTET=（86+53）/2=70℃T=循環(huán)水定性溫度為：QUOTEt=（26+36）/2=31℃根據(jù)定性溫度分別查取甲苯和循環(huán)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，見表1：表1定性溫度下殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg?℃密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/m?℃粘度Pa?s甲苯1.86817.80.1170.00036循環(huán)水4.174995.70.61710.00081.3計算甲苯U形管換熱器總的傳熱系數(shù)（1）每小時處理甲苯的能力qmo=20000kg/h(（2）熱流量Q=341.7kW(1.（3）冷卻水用量qmi=Q（4）計算平均傳熱溫差QUOTE?tm'=?t1-?t2（5）總傳熱系數(shù)K污垢熱阻RR查表2-6總傳熱系數(shù)的選擇，K的取值范圍在467QUOTE~~814QUOTEW/m2?℃W/m2?K=5001.4計算甲苯U形管換熱器傳熱面積S'=Qo可選擇換熱器傳熱面積裕度15-20％S=1.15S'=1.15×18.47=21.24m1.5甲苯U形管換熱器工藝結(jié)構(gòu)計算甲苯U形管換熱器管徑和管內(nèi)流速選用φ25×1.5mm的碳鋼換熱管來組裝U形管換熱器，管內(nèi)流速Q(mào)UOTEui=1m/sui甲苯U形管換熱器傳熱管數(shù)和管程數(shù)單程傳熱管數(shù)為：ns=Vi傳熱管長度為：L=Sπdon現(xiàn)取換熱管長QUOTEl=4.5ml=4.5m，則該換熱器管程數(shù)為：Np=Ll傳熱管總根數(shù)：N=nsNp甲苯U形管換熱器平均傳熱溫差甲苯U形管換熱器平均傳熱溫差校正系數(shù)：

R=T1?TP=t2?t溫差校正系數(shù)應(yīng)QUOTEGB151-2014GB151-2014有關(guān)圖表。QUOTER=3.3R=3.3的點在圖上難以找到，因此以1/R代替R，PR代替P，根據(jù)圖表查圖對應(yīng)的線，可得QUOTEφ?t=0.96φ?t=0.96。平均傳熱溫差：?tm=φ?t甲苯U形管換熱器傳熱管排列和分程方法按正三角形排列。管心距QUOTEa=1.25doa=1.25doa=1.25do隔板中心到最近一排管距離：QUOTES=a2+6=22mmQUOTES=32/2+6=22????S=32/2+6=因此管心距為：QUOTE2S=44mm2S=橫過管束中心線的管數(shù)為：nc=1.19N=1.19取管板的利用率QUOTEη=0.8QUOTEη=0.7η=0.7，則殼體的內(nèi)徑為甲苯U形管換熱器殼體內(nèi)徑D=1.05aN/η=1.05×3256/0.7=339.41mm圓整可取QUOTED=400mmD=400mm甲苯U形管換熱器實際布管圖1實際布管圖由圖1可知，實際布管的根數(shù)為56根。甲苯U形管換熱器折流板選用的是弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=25%×D=0.25×400=100mm(1.23)故可取QUOTEh=100mmh=100mm。折流板間距和殼體內(nèi)徑的比值范圍一般為0.3-0.6。取折流板間距QUOTEB=0.3DB=0.3D,則QUOTEB=0.3D=0.3×400=120mmB=0.3D=0.3×400=120mm，可取B為150mm。(折流板數(shù)N取QUOTENB=30QUOTE????=28NB甲苯U形管換熱器接管取接管內(nèi)甲苯流速為0.5m/s，則接管內(nèi)徑為：d=4Vπu=4×20000取殼程流體進(jìn)、出口接管標(biāo)準(zhǔn)管徑為DN125QUOTE?133×6?133×6取接管內(nèi)循環(huán)水流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑為：d=4Vπu=4×29468取管程流體進(jìn)、出口接管標(biāo)準(zhǔn)管徑為DN80QUOTE?89×4?89×41.6甲苯U形管換熱器核算甲苯U形管換熱器熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)對于弓形的折流板，可以采納凱恩公式來計算αo=0.36λdeReo0.55Pr13(μ正三角形排列可得當(dāng)量直徑：de=4(3甲苯U形管換熱器殼程流體通過管子截面積：So=BD1?甲苯U形管換熱器殼程流體在管子的流速和雷諾數(shù)分別為：uo=VoReo=do甲苯U形管換熱器普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pro=cpo甲苯U形管換熱器粘度校正QUOTE(μμw)0.14αo=0.36λde甲苯U形管換熱器管程對流傳熱系數(shù)αi=0.023λi甲苯U形管換熱器管程流體通過管子截面積Si=π4甲苯U形管換熱器管程流體通過管子流速和雷諾數(shù)分別為：ui=ViRei=di甲苯U形管換熱器普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pri=cpiαi=0.023λ甲苯U形管換熱器傳熱系數(shù)K：K=1QUOTEH=K計-K估K估×100%=498-470470×100%=6%QUOTE甲苯U形管換熱器傳熱面積：S=QoK?tm甲苯U形管換熱器實際傳熱面積QUOTESpSp：S(1.42)甲苯U形管換熱器面積裕度：H=Sp?SS甲苯U形管換熱器傳熱面積裕度＜30%,該換熱器傳熱面積的裕度達(dá)到要求，換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。甲苯U形管換熱器內(nèi)流體的流動阻力甲苯U形管換熱器管程流體流動的阻力?pi=(?pQUOTEFt=1.5Ft=1.5、QUOTENs=1Ns=1、QUOTENp=2?p1=λi?p2=ξρi由QUOTERei=26137QUOTE??????=23399Rei=23399，傳熱管的相對粗糙度為0.005,查莫狄圖得QUOTEλi=0.037流速Q(mào)UOTEui=1.05m/sQUOTE????=0.94??/??ui=0.94m/s,QUOTEρi=995.7kg/m3ρi?p1=l?p2=ξρi?p(1.49)甲苯U形管換熱器管程流體流動的阻力在允許的范圍之內(nèi)。甲苯U形管換熱器殼程的阻力?pO=(?p1FN甲苯U形管換熱器流體流經(jīng)U形管管束的阻力：?p1'=FF=0.5fo=5×nNu?p(1.53)甲苯U形管換熱器流體流過折流板缺口的阻力：?p2'=NB=0.15D=0.4?p(1.55)甲苯U形管換熱器流體流過殼程的總阻力：?p(1.56)甲苯U形管換熱器在殼程流體流動阻力在允許的范圍之內(nèi)表1設(shè)計參數(shù)及計算結(jié)果表參數(shù)管程殼程質(zhì)量流量/(kg/h)2946820000操作溫度/℃26/3686/53操作壓力/Pa4000001200000物性的參數(shù)定性溫度/℃3170流體密度/(QUOTEkg/m3kg/m3995.7817.8定壓比熱容/(QUOTEkJ/kg?℃kJ/kg?℃)4.1741.86黏度/(QUOTEPa?SPa?S)0.000800.00036熱導(dǎo)系數(shù)/(QUOTEW/m?℃W/m?℃)0.61710.117設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式U形管殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm400換熱管徑/mmΦ25×2.5mm管心距/mm44換熱管長/m4.5管子排列正三角形換熱管/根