化工原理 壳管式换热器选型计算.docx

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1、压载水，进，冷压载水，进，热热源，进，热热源，进，冷换热器题目：假定:压载水的温度为15，拟利用船舶的主机缸套冷却水进行热交换（取换热器进口的缸套水温度T1=75，出口温度T2=65），将压载水加热到25或30，其中，压载水的流量为800m3/h。换热器的热损失可忽略，不考虑管、壳程阻力压降。要求确定主机缸套冷却水的流量，并选择一种换热器（常用的，能耐海水腐蚀）。取污垢热阻选型计算步骤：压载水（海水）密度=，定压比热容。淡水密度，在1090时，其定压比热容几乎没有变化，可取。热源水定性温度=70。经饱和水的物性表，查得： =0.668 ，=406.1。已知，压载水体积流量为：=800压载水质量

2、流量为： 压载水由初温=15，利用主机缸套冷却水分别加热到=25，30，由于两种情况下，冷热流体的温差均不大于50，故均可选用固定管板式换热器进行计算，具体如下:【1】压载水：=15=25海水的热导率、粘度比纯水稍低，其影响因素比较复杂，为简化计算，近似认为纯水。定性温度。经饱和水的物性表，查得: =0.599 =1004物性参数如下表： 物性流体 密度（）比热（J/kgK）粘度（）导热系数（）1. 压载水(冷源)10040.5992. 缸套水(热源)406.10.668注：管程流体（压载水）参数下标为1，壳程流体（缸套水）参数下标为2. (1)计算热负荷 =9.333W 通过热量衡算，知 =

3、222.22 kg/s 即，热源体积流量=800(2)平均温差逆流:热源 7565 冷源 2515 温差 50 50由= =50R=1，P=查温度校正系数图，知10.8，故采用单壳程可行。且=50(3)估算传热面积 查表知，水-水换热的总传热系数为：13962838，可选总传热系数，则 =(4)试选型管壳程的选择：本设计实例中，与缸套冷却水不同，压载水一般未经特殊处理，所含杂质较复杂，进而压载水侧极易产生腐蚀、结垢及沉淀，为方便换热器的维护管理，故采用压载水走管程，缸套冷却水走壳程。管程流速的选择：对于壳管式换热器，一般要求管程流速达0.22.5ms，壳程流速达0.52.5ms，结合本设计实例

4、，为防止压载水杂质沉积，管程压载水流速取。管子排列方式选择：管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳内径可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。本例选择正三角形排列。传热管的选择：选传热管19mm2mm，其内径=0.017m，外径=0.019m。估算单程管子根数： =653根根据传热面积估算管子长度：

5、 =若采用单程管，则每管程的管长选用L=3m。由换热器设计手册查得，可选管子总数N=607根，管中心距t=25mm,正三角形排列。壳体内径D=700mm，可取折流板间距h=600mm，折流板数块,传热面积可选，管程流通面积为0.1073。故，由换热器系列标准选用固定管板式换热器：BEM700-105.1-1I(5)校核总传热系数K 管程对流传热系数。 管内流体流速： 壳程对流传热系数。 壳程流通面积： 缸套水流速：正三角形排列的当量直径： 总传热系数。 由于压载水所含杂质较为复杂，在管程侧易产生结垢，而壳程侧冷却水也易产生结垢，为简化计算，可取污垢热阻，碳钢热导率=45。=5.0663K=19

6、74(6)传热面积： A=，与原估值基本相符。 ，即传热面积有11的裕量。计算表明，所选换热器规格可用。【2】压载水：定性温度t=。经饱和水的物性表，查得: =0.60375 =953.375物性参数如下表： 物性流体 密度（）比热（kJ/kgK）粘度（）导热系数（）1. 压载水(冷源)953.3750.603752. 缸套水(热源)406.10.668注：管程流体（压载水）参数下标为1，壳程流体（缸套水）参数下标为2. (1)计算热负荷 Q= 通过热量衡算，知 热源体积流量(2)平均温差逆流:热源 7565 冷源 3015 温差 45 50由知， R=，P=查温度校正系数图，知0.980.8

7、，故采用单壳程可行。且(3)估算传热面积 查表知，水-水换热的总传热系数为：13962838Wm2k，可选总传热系数，则 =(4)试选型流程的选择：本设计实例中，与缸套冷却水不同，压载水一般未经特殊处理，所含杂质较复杂，进而压载水侧极易产生腐蚀、结垢及沉淀，为方便换热器的维护管理，故采用压载水走管程，缸套冷却水走壳程。流体流速的选择：对于壳管式换热器，一般要求管程流速达0.22.5ms，壳程流速达0.52.5ms，结合本设计实例，为防止压载水杂质沉积，管程压载水流速取。管子排列方式选择：管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短

8、路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳内径可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。在这里选择正三角形排列。选传热管19mm2mm，其内径，外径。估算单程管子根数： 根 根据传热面积估算管子长度： 若采用1程管，则每管程的管长选用L=4.5m。由换热器设计手册查得，可选管子总数N=797根，管中心距t=25mm,正三角形排列。壳体内径D=800mm，可取折流板间距h=600mm，折流板数，传热面积可选，管程

9、流通面积为0.1408。故，由换热器系列标准选用固定管板式换热器：BEM800-209.3-1I(5)校核总传热系数 管程对流传热系数。 管内流体流速： 壳程对流传热系数。 壳程流通面积： 缸套水流速：正三角形排列的当量直径： =0.0173总传热系数。由于压载水所含杂质较为复杂，在管程易产生结垢，而壳程侧冷却水也易产生结垢，为简化计算，可取污垢热阻，碳钢热导率=45。 =5.4K=1852传热面积： A=，与原估值基本相符。 ，即传热面积有29的裕量。计算表明，所选换热器规格可用参考书目：1. 王志魁 主编 化工原理 化学工业出版社。2. 任晓光 主编 化工原理课程设计指导 化学工业出版社。3. 钱颂文 主编 换热器设计手册 化学工业出版社。