壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算，工程師大愛(ài)！

發(fā)布時(shí)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(ài)！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。
壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算
 
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(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。
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壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算
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壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算
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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(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)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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壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算
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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(huì)加快污垢增長(zhǎng)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(duì)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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壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算
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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)
壓縮氣體換熱器設(shè)計(jì)及計(jì)算
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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(jí)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(zhǎng)度為
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 按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為 
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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 
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按單殼程,四管程結(jié)構(gòu)
查得
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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(shí)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
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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
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按卷制殼體的進(jìn)級(jí)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
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可取H=200mm
取折流板間距B=0.5D
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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
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則接管內(nèi)徑
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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
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則接管內(nèi)徑
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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)
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管程流體流通截面積
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管程流體流速和離諾數(shù)分別為
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普朗特?cái)?shù)
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殼程傳熱膜系數(shù)
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當(dāng)量直徑
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殼程流通截面積
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殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為
 
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普朗特?cái)?shù)
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粘度校正
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污垢熱阻和管壁熱阻。管外側(cè)污垢熱阻
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管內(nèi)測(cè)污垢熱阻
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已知管壁寬度b=0.0025m
碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為
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總傳熱系數(shù)K為
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傳熱面積校核
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換熱器實(shí)際傳熱面積
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換熱器的面積裕度
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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
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由Re=16407.6，傳熱管對(duì)粗糙度0.2/20=0.01。
查得
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所以
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管程流體阻力在允許范圍內(nèi)
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殼程阻力
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流體流經(jīng)管束的阻力
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流體流過(guò)折流板缺口阻力
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計(jì)算出
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總阻力
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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
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經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)出來(lái)了這個(gè)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(guò)總體來(lái)說(shuō)，按此方式設(shè)計(jì)及計(jì)算能有借鑒作用。
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