管殼式換熱器傳熱設計說明書設計一列管試換熱器，主要完成冷卻水——過冷水的熱量交換設計壓力為管程1.5MPa（表壓），殼程壓力為0.75MPa（表壓），殼程冷卻水進,出口溫度分別為20℃和50℃，管程過冷水進，出口溫度分別為90℃和65℃管程冷水的流量為80t/h。

設計計算過程：（1）熱力計算

1)原始數(shù)據(jù)：過冷卻水進口溫度t1′=145℃；

過冷卻水出口溫度t1〞=45℃；

過冷卻水工作壓力P1=0.75Mpa（表壓）

冷水流量G1=80000kg/h；

冷卻水進口溫度t2′=20℃；

冷卻水出口溫度t2〞=50℃；

冷卻水工作壓力P2=0.3 Mpa（表壓）。改為 冷卻水工作壓力P2=2.5 Mp

2)定性溫度及物性參數(shù)：冷卻水的定性溫度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃；

冷卻水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3；

冷卻水的比熱查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg.℃

冷卻水的導熱系數(shù)查物性表得λ2=62.4 W/m.℃

冷卻水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；

冷卻水的普朗特數(shù)查物性表得Pr2=4.865；

過冷水的定性溫度℃；

過冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；

過冷水的比熱查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.℃；

過冷水的導熱系數(shù)查物性表得λ1=0.672w/m.℃；

過冷水的普朗特數(shù)查物性表得Pr2；

過冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。

過冷水的工作壓力 P1=1.5 Mpa（表壓）

3)傳熱量與水熱流量取定換熱器熱效率為η=0.98；

設計傳熱量：

過冷卻水流量：

；

4)有效平均溫差逆流平均溫差：

根據(jù)式（3-20）計算參數(shù)p、R:

參數(shù)P：

參數(shù)R：

換熱器按單殼程2管程設計，查圖3—8得溫差校正系數(shù)Ψ=0.83；

有效平均溫差：

5)管程換熱系數(shù)計算：附錄10，初定傳熱系數(shù)K0=400 W/m.℃；

初選傳熱面積：

m2；

選用φ25×2.5無縫鋼管作換熱管；

管子外徑d0=0.025　m；

管子內(nèi)徑di=0.025-2×0.0025=0.02 m；

管子長度取為l=3 m；

管子總數(shù)：

取720根

管程流通截面積：

m2

管程流速：

m/s

管程雷諾數(shù)：

湍流

管程傳熱系數(shù)：（式3-33c）

6)結(jié)構(gòu)初步設計：布管方式見圖所示:

管間距s=0.032m（按GB151,取1.25d0）；

管束中心排管的管數(shù)按4.3.1.1所給的公式確定：

取20根；

殼體內(nèi)徑：

m 取Di=0.7m；

長徑比：

l/Di=3/0.9=3.3 ，合理

選定弓形折流板

弓形折流板弓高：

折流板間距： m

折流板數(shù)量：

折流板上管孔直徑由GB151-2014可確定為 0.0254mm

折流板直徑由GB151-2014可確定為 0.6955m

7）殼程換熱系數(shù)計算殼程流通面積：

根據(jù)式(3-61)中流體橫過管束時流道截面積

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殼程流速：

m/s；

殼程質(zhì)量流速：

kg m2/s；

殼程當量直徑：

m；

殼程雷諾數(shù)：

；

切去弓形面積所占比例按 h/Di=0.2查圖4-32得為0.145

殼程傳熱因子查 圖3-24得為js=20

管外壁溫度假定值 tw1′=45℃

壁溫過冷水粘度 Pa.s

粘度修正系數(shù)：

根據(jù)式（3-62）計算殼程換熱系數(shù)：

8）傳熱系數(shù)計算：水側(cè)污垢熱阻：r2=0.000344m2.℃/w

管壁熱阻r忽略

總傳熱系數(shù)：

傳熱系數(shù)比值，合理

9）管壁溫度計算：管外壁熱流密度：

Ｗ/m2.℃

根據(jù)式(3-94a)計算管外壁溫度：

℃

誤差較核：

℃，誤差不大；

10）管程壓降計算：根據(jù)式(3-94b)計算管內(nèi)壁溫度：

℃ ；

壁溫下水的粘度：　Pa·s；

粘度修正系數(shù)：

；

查圖3-30得管程摩擦系數(shù)：

管程數(shù) ：；

管內(nèi)沿程壓降計算依據(jù)式（3-112）：

Pa （W=w.ρ）

回彎壓降：

Pa；

取進出口管處質(zhì)量流速：WN2=1750 ㎏/㎡·s； (依據(jù)ρw2<3300取 w=1.822m/s)

；

管程結(jié)垢校正系數(shù)：；

管程壓降：

11）殼程壓降計算：殼程當量直徑：

m；

雷諾數(shù)：

；

查得殼程摩擦系數(shù)：λ1=0.08；(圖 3-34)

管束壓降（公式3-129）：

Pa；

取進出口質(zhì)量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取WN2=1000 ㎏/㎡·s)

進出口管壓降：

Pa；

取導流板阻力系數(shù)：;

導流板壓降：

Pa

殼程結(jié)垢修正系數(shù)：；(表3-12)

殼程壓降：

Ｐa；

管程允許壓降：[△P2]=35000　 Pa；（見表3-10）

殼程允許壓降：[△P1]=35000　Pa；

△P2<[△P2]

△P1<[△P1]

即壓降符合要求。

（2）結(jié)構(gòu)設計（以下數(shù)據(jù)根據(jù)BG150-2011）結(jié)構(gòu)設計的任務是根據(jù)熱力計算所決定的初步結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進一步設計全部結(jié)構(gòu)尺寸，選定材料并進行強度校核。最后繪成圖紙，現(xiàn)簡要綜述如下：

1） 換熱器流程設計

采用殼方單程，管方兩程的1-4型換熱器。由于換熱器尺寸不太大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用，管程分程隔板采取上圖中的丁字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是布管緊密。

2）管子和傳熱面積

采用 25×2.5的無縫鋼管，材質(zhì)20號鋼，長3m，管長和管徑都是換熱器的標準管子尺寸。

管子總數(shù)為352根，其傳熱面積為：

3）管子排列方式

上圖十字形走廊是為了裝設分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問題。共有356個管孔，其中4個為裝設拉桿用。

4）殼體

殼體內(nèi)徑：；材質(zhì)Q235 A鋼；

殼體厚度（式6-1）：

tw<100℃

=0.7

C=2mm(厚度附加量 見GB150)

P=1.2p1(p為設計壓力 要大于工作壓力)

實取

5)管板

根據(jù)表5-8 查取

管板上開孔數(shù)與孔間距與管排列應一致。

6）折流板

因為無相變，采用通用的弓形折流板。Q235 A鋼板。

拱高：h=140mm;

板間距：B=230mm；

板數(shù)：nB=12塊；

板厚： （ 依據(jù) 表4-12）;

臥式布置，水平切口流動方向。

7）拉桿

選取Q235 A鋼，12，共8根（依據(jù)表5-10）

8)封頭

根據(jù)壓力容器設計規(guī)范采用材質(zhì)為Q235的標準形狀橢圓封頭。在滿足強度要求條件下，取壁厚 ；曲面高度：

D為封頭的平均直徑；直邊高度，。

9）進、出管

（a）管程進、出口管

ρw2<3300取 取WN2=1750 ㎏/㎡·s，得進、出口流通面積為：

進出口管道直徑：

取用：114×4mm的熱軋鋼管或水輸送管。

(b)殼程進、出口管：

ρw2<2200取 取殼程浸出口管處質(zhì)量流速WN2=1000 ㎏/㎡·s，得進、出口流通面積為：

管程進出口管徑為：

取用70×3mm的熱軋鋼管或水輸送管

10）其它：

容器法蘭和進、出口法蘭及底座均可根據(jù)設計規(guī)范取用或計算，熱補償計算參照本章5-5節(jié)進行；

盡管人智慧有其局限，愛智慧卻并不因此就屬于徒勞。智慧果實似乎是否定性：理論上——“我知道我一無所知”；實踐上——“我需要我一無所需”。然而，達到了這個境界，在謙虛和淡泊哲人胸中，智慧痛苦和快樂業(yè)已消融為了一種和諧寧靜了