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壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算，工程師大愛！

發(fā)布時間：2022-07-16 21:57人氣：

壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算，工程師大愛！壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算換熱器就是用于存在溫度差的流體間的熱交換設(shè)備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反之則吸收熱量。換熱器依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的......

壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算

換熱器就是用于存在溫度差的流體間的熱交換設(shè)備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反之則吸收熱量。換熱器依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法一般分為間壁式、混合式、蓄熱式三類。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣。它又可分為管式換熱器、板式換熱器、翅片式換熱器、熱管換熱器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管殼式等）換熱器應(yīng)用最普遍。列管式和板式，各有優(yōu)點(diǎn)，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應(yīng)用于化工、石油、能源等設(shè)備;板式則以其高效、緊湊的特點(diǎn)大量應(yīng)用于工業(yè)當(dāng)中。

列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。

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設(shè)計(jì)計(jì)算要求

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設(shè)計(jì)要求

兩流體溫度的變化情況

熱流體進(jìn)口溫度 137℃，出口溫度 40℃；

冷流體進(jìn)口溫度40℃，出口溫度為 30℃。

該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，確定選用浮頭式換熱器。

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選型

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管程設(shè)計(jì)安排

從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)冷卻水走管程，熱空氣走殼程。

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確定物性數(shù)據(jù)

定性溫度

對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。

殼程混和氣體的定性溫度

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管程流體的定性溫度

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估算傳熱面積

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熱流量

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冷卻水用量

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平均傳熱溫差先按照純逆流計(jì)算

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初算傳熱面積

查下表取K=280 W/(㎡·k)

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工藝尺寸

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管徑和管內(nèi)流速

選用Φ25*2.5mm較高級冷拔傳熱管(碳鋼),差下表取管內(nèi)流速1.2/iums 壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算

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管程數(shù)和傳熱管數(shù)

可以依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程管傳熱數(shù)

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按照單管程，所需的傳熱管長度為

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按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為

取Np=4

傳熱管總根數(shù)n=500根

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平均傳熱溫差校正

按單殼程,四管程結(jié)構(gòu)

查得

平均傳熱溫差

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由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。

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傳熱管排列和分程方法

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采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。

取管心距

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隔板中心到離其最近一排管中心距離按下式計(jì)算

各程相鄰管的管心距為44mm

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殼體內(nèi)徑

采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。取管板利用率η=0.75

殼體內(nèi)徑為

按卷制殼體的進(jìn)級檔，可取D=800mm

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折流板

用圓缺折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為

可取H=200mm

取折流板間距B=0.5D

可取B為400mm

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接管

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殼程流體進(jìn)出口接管

取接管內(nèi)氣體流速為

則接管內(nèi)徑

圓整后可取管內(nèi)徑為210mm

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管程流體進(jìn)出口接管

取接管內(nèi)液體流速

則接管內(nèi)徑

圓整后去管內(nèi)徑為210mm

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換熱器核算

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熱傳熱面積校核

管程傳熱膜系數(shù)

管程流體流通截面積

管程流體流速和離諾數(shù)分別為

普朗特?cái)?shù)

殼程傳熱膜系數(shù)

當(dāng)量直徑

殼程流通截面積

殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為

普朗特?cái)?shù)

粘度校正

污垢熱阻和管壁熱阻。管外側(cè)污垢熱阻

管內(nèi)測污垢熱阻

已知管壁寬度b=0.0025m

碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為

總傳熱系數(shù)K為

傳熱面積校核

換熱器實(shí)際傳熱面積

換熱器的面積裕度

傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。

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換熱器內(nèi)壓核算

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管程阻力

由Re=16407.6，傳熱管對粗糙度0.2/20=0.01。

查得

所以

管程流體阻力在允許范圍內(nèi)

▽

殼程阻力

流體流經(jīng)管束的阻力

流體流過折流板缺口阻力

計(jì)算出

總阻力

由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較合適。

換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過設(shè)計(jì)出來了這個浮頭式換熱器。此換熱器選用Φ52.5mm的碳鋼管，管徑較大，易于清洗，因考慮到管程流體易結(jié)垢，故選用此種類型的管，而且壓降不是很大，所以選用較合理；本換熱器的缺點(diǎn)就是不可承受較大壓力流體的換熱，而且排列的管子數(shù)不多，故處理能力有限。不過總體來說，按此方式設(shè)計(jì)及計(jì)算能有借鑒作用。

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