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    管殼式換熱器的設計方法和選擇類型

    點擊數:118 發布時間:2019年7月23日 來源:陜西瑞特熱工機電設備科技有限公司

    管殼式換熱器是一種傳統的標準換熱設備。它具有制造方便、選材面廣、適應性強、處理量大、清洗方便、運行可靠、能承受高溫、高壓等有優點。在許多工業部門中大量使用,尤其....

    管殼式換熱器是一種傳統的標準換熱設備。

    它具有制造方便、選材面廣、適應性強、處理量大、清洗方便、運行可靠、能承受高溫、高壓等有優點。

    在許多工業部門中大量使用,尤其是在石油、化工、熱能、動力等工業部門所使用的換熱器中,管殼式換熱器居主導地位。

    鑒于管殼式換熱器應用極廣,為便于設計、制造、安裝和使用,有關部門已制定了管殼式換熱器系列標準。

    例:

    1BIU 800—2.5—245—6/19-41

    封頭管箱,公稱直徑800mm,管、殼程壓力均為2.5MPa,公稱換熱面積245平方米,較高級冷拔換熱管,外經19mm,管長6m4管程,單殼程的U型管式換熱器。

    2BIU 600—1.6—90—6/25-2 II

    封頭管箱,公稱直徑600mm,管、殼程壓力均為1.6MPa,公稱換熱面積90平方米,普通級冷拔換熱管,外經25mm,管長6m2管程,單殼程的U型管式換熱器。

     

    壓強的單位換算關系:

    a1kgf/cm2=98066.5Pa

    b1MPa=106Pa

    c1bar=0.1MPa=106dyn/cm2

    d1atm=760mmHg=101325Pa

    管殼式換熱器的設計與選型

    換熱器的設計是通過計算,確定經濟合理的傳熱面積及換熱器的其他有關尺寸,以完成生產中所要求的傳熱任務。

    1、設計的基本原則

    1)流體流徑的選擇  是指在管程和殼程各走哪一種流體,此問題受多方面因素的制約,下面以固定管板式換熱器為例,介紹一些選擇原則:

    a、不潔凈和易結垢的流體宜走管程,以為管程清洗比較方便。

    b、腐蝕性的流體宜走管程,以免管子和殼體同時被腐蝕,且管程便于檢修與更換,

    c、壓力高的流體宜走管程,以免殼體受壓,可節省殼體金屬消耗量。

    d、被冷卻的流體宜走殼程,可利用殼體對外的散熱作用,增強冷卻效果。

    e、飽和蒸汽宜走殼程,以便于及時排除冷凝液,且整齊較潔凈,一般不需清洗。

    f、有毒易污染的流體宜走管程,以減少泄漏量。

    g、流量小或粘度大的流體宜走殼程,因流體在有折流板的殼程中流動,由于流速和流向的不斷改變,在低ReRe>100)下即可達到湍流,以提高傳熱系數。

    h、若兩流體溫差較大,宜使對流傳熱系數大的流體走殼程,因壁面溫度與α大的流體接近,以減小管壁與殼壁的溫差,減小溫差應力。

     

    以上原則并不是絕對的,對具體的流體來說,上述原則可能是相互矛盾的。因此,在選擇流體的流徑是,必須根據具體情況,抓住主要矛盾進行確定。

    2)流體流蘇的選擇   涉及到傳熱系數、流動阻力及換熱器構造等方面。

    流速:流速加大對流傳熱系數,減少污垢的形成,使總傳熱系數增大。

    但同時使流動阻力增大,動力消耗增多;選擇高流速,使管子的數目減小,對一定換熱面積,不得不采用較長的管子或增加程數,管子太長不流于清洗,單程變為多程使平均傳熱溫差下降。

    因此需通過多方面權衡選擇適宜的流速。

    13列出常用流速范圍,選擇流速時盡量避免在層下流動。

    1  管殼式換熱器常見流速范圍

     一般流體

    易結垢流體

    氣體

    流速m/s

    管程

    0.5~3.0

    >1.0

    5.0~30

    殼程

    0.2~1.5

    >0.5

    3.1~15

    2  管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速

    液體粘度mPas

    >1500

    1500~500

    500~100

    100~35

    35~1

    <1

    最大流速m/s

    0.6

    0.75

    1.1

    1.5

    1.8

    2.4

    管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度

    液體名稱

    乙醚、二硫化碳、苯

    甲醇、乙醇、汽油

    丙酮

    安全允許速度m/s

    <1

    <2~3

    <10

     

    3)管子的規格和管間距

    a、管子的規格選擇包括管徑和管長。對于潔凈的流體可選擇小管徑,對于易結垢或不潔凈的流體,可選擇大管徑。

    b、管間距:管子的中心距,管間距小,有利于提高傳熱系數,且設備緊湊。但由于制造上的限制。常用對比關系見表4

    4  管殼式換熱器外經與中心距的關系

    換熱管外經mm

    10

    14

    19

    25

    32

    38

    45

    57

    換熱管中心距mm

    14

    19

    25

    32

    40

    48

    57

    72

     

    管殼式換熱器選用的設計計算步驟:

    設:有一熱流體需要冷卻,已知:qm1cp1t’1t’’1qm2cp2t’2,選擇了t’’2,可以計算出Q,△tm1K,φ與換熱器結垢形式及尺寸有關。為確定換熱器的傳熱面積A,必須通過試差計算,步驟如下:

    1)初選換熱器的尺寸規格:

    a、流動方式:由t’1t’’t’2t’’2確定流體在換熱器中兩端的溫度,計算定性溫度,確定在定性溫度下的流體物性。計算△tm1,和φ,φ的數值應大于0.8。確定殼程數或調整加熱介質或冷卻戒指的終溫t’’2)。

    b、估計春熱系數K,計算傳熱面積A 

    c、根據A的數值,參照系列標準選定換熱管的直徑、長度及排列,如果是選換熱器,可根據A在系列標準中選擇釋放的換熱器型號。


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