管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程1.5MPa（表压），壳程压力为0.75MPa（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。

设计计算过程：（1）热力计算

1)原始数据：过冷却水进口温度t1′=145℃；

过冷却水出口温度t1〞=45℃；

过冷却水工作压力P1=0.75Mpa（表压）

冷水流量G1=80000kg/h；

冷却水进口温度t2′=20℃；

冷却水出口温度t2〞=50℃；

冷却水工作压力P2=0.3 Mpa（表压）。改为 冷却水工作压力P2=2.5 Mp

2)定性温度及物性参数：冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃；

冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3；

冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg.℃

冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃

冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；

冷却水的普朗特数查物性表得Pr2=4.865；

过冷水的定性温度℃；

过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；

过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.℃；

过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃；

过冷水的普朗特数查物性表得Pr2；

过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。

过冷水的工作压力 P1=1.5 Mpa（表压）

3)传热量与水热流量取定换热器热效率为η=0.98；

设计传热量：

过冷却水流量：

；

4)有效平均温差逆流平均温差：

根据式（3-20）计算参数p、R:

参数P：

参数R：

换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=0.83；

有效平均温差：

5)管程换热系数计算：附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃；

初选传热面积：

m2；

选用φ25×2.5无缝钢管作换热管；

管子外径d0=0.025　m；

管子内径di=0.025-2×0.0025=0.02 m；

管子长度取为l=3 m；

管子总数：

取720根

管程流通截面积：

m2

管程流速：

m/s

管程雷诺数：

湍流

管程传热系数：（式3-33c）

6)结构初步设计：布管方式见图所示:

管间距s=0.032m（按GB151,取1.25d0）；

管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定：

取20根；

壳体内径：

m 取Di=0.7m；

长径比：

l/Di=3/0.9=3.3 ，合理

选定弓形折流板

弓形折流板弓高：

折流板间距： m

折流板数量：

折流板上管孔直径由GB151-2014可确定为 0.0254mm

折流板直径由GB151-2014可确定为 0.6955m

7）壳程换热系数计算壳程流通面积：

根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积

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壳程流速：

m/s；

壳程质量流速：

kg m2/s；

壳程当量直径：

m；

壳程雷诺数：

；

切去弓形面积所占比例按 h/Di=0.2查图4-32得为0.145

壳程传热因子查 图3-24得为js=20

管外壁温度假定值 tw1′=45℃

壁温过冷水粘度 Pa.s

粘度修正系数：

根据式（3-62）计算壳程换热系数：

8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r2=0.000344m2.℃/w

管壁热阻r忽略

总传热系数：

传热系数比值，合理

9）管壁温度计算：管外壁热流密度：

Ｗ/m2.℃

根据式(3-94a)计算管外壁温度：

℃

误差较核：

℃，误差不大；

10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管内壁温度：

℃ ；

壁温下水的粘度：　Pa·s；

粘度修正系数：

；

查图3-30得管程摩擦系数：

管程数 ：；

管内沿程压降计算依据式（3-112）：

Pa （W=w.ρ）

回弯压降：

Pa；

取进出口管处质量流速：WN2=1750 ㎏/㎡·s； (依据ρw2<3300取 w=1.822m/s)

；

管程结垢校正系数：；

管程压降：

11）壳程压降计算：壳程当量直径：

m；

雷诺数：

；

查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34)

管束压降（公式3-129）：

Pa；

取进出口质量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取WN2=1000 ㎏/㎡·s)

进出口管压降：

Pa；

取导流板阻力系数：;

导流板压降：

Pa

壳程结垢修正系数：；(表3-12)

壳程压降：

Ｐa；

管程允许压降：[△P2]=35000　 Pa；（见表3-10）

壳程允许压降：[△P1]=35000　Pa；

△P2<[△P2]

△P1<[△P1]

即压降符合要求。

（2）结构设计（以下数据根据BG150-2011）结构设计的任务是根据热力计算所决定的初步结构数据，进一步设计全部结构尺寸，选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸，现简要综述如下：

1） 换热器流程设计

采用壳方单程，管方两程的1-4型换热器。由于换热器尺寸不太大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用，管程分程隔板采取上图中的丁字型结构，其主要优点是布管紧密。

2）管子和传热面积

采用 25×2.5的无缝钢管，材质20号钢，长3m，管长和管径都是换热器的标准管子尺寸。

管子总数为352根，其传热面积为：

3）管子排列方式

上图十字形走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题。共有356个管孔，其中4个为装设拉杆用。

4）壳体

壳体内径：；材质Q235 A钢；

壳体厚度（式6-1）：

tw<100℃

=0.7

C=2mm(厚度附加量 见GB150)

P=1.2p1(p为设计压力 要大于工作压力)

实取

5)管板

根据表5-8 查取

管板上开孔数与孔间距与管排列应一致。

6）折流板

因为无相变，采用通用的弓形折流板。Q235 A钢板。

拱高：h=140mm;

板间距：B=230mm；

板数：nB=12块；

板厚： （ 依据 表4-12）;

卧式布置，水平切口流动方向。

7）拉杆

选取Q235 A钢，12，共8根（依据表5-10）

8)封头

根据压力容器设计规范采用材质为Q235的标准形状椭圆封头。在满足强度要求条件下，取壁厚 ；曲面高度：

D为封头的平均直径；直边高度，。

9）进、出管

（a）管程进、出口管

ρw2<3300取 取WN2=1750 ㎏/㎡·s，得进、出口流通面积为：

进出口管道直径：

取用：114×4mm的热轧钢管或水输送管。

(b)壳程进、出口管：

ρw2<2200取 取壳程浸出口管处质量流速WN2=1000 ㎏/㎡·s，得进、出口流通面积为：

管程进出口管径为：

取用70×3mm的热轧钢管或水输送管

10）其它：

容器法兰和进、出口法兰及底座均可根据设计规范取用或计算，热补偿计算参照本章5-5节进行；

尽管人智慧有其局限，爱智慧却并不因此就属于徒劳。智慧果实似乎是否定性：理论上——“我知道我一无所知”；实践上——“我需要我一无所需”。然而，达到了这个境界，在谦虚和淡泊哲人胸中，智慧痛苦和快乐业已消融为了一种和谐宁静了