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压缩气体换热器设计及计算,工程师大爱!

作者: 来源: 日期:2022/7/18 16:29:39 人气:879

压缩气体换热器设计及计算


换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备,换热器中至少有两种流体,温度较高则放出热量,反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式(包括蛇管式、套管式、管壳式等)换热器应用最普遍。列管式和板式,各有优点,列管式是一种传统的换热器,广泛应用于化工、石油、能源等设备;板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。


列管式换热器又称为管壳式换热器,是最典型的间壁式换热器,历史悠久,占据主导作用,主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在内流动,其行程称为管程;另一种流体在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
设计计算要求
设计要求
两流体温度的变化情况 
热流体进口温度 137℃,出口温度  40℃;
冷流体进口温度40℃,出口温度为 30℃。 
该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作时,其进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,确定选用浮头式换热器。
管程设计安排


从两物流的操作压力看,应使混合气体走管程,循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢,若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,所以从总体考虑,应使循环冷却水走管程,热空气走壳程。


确定物性数据
定性温度
对于一般气体和水等低黏度流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

壳程混和气体的定性温度
管程流体的定性温度
估算传热面积
热流量
冷却水用量
平均传热温差先按照纯逆流计算

初算传热面积
查下表取K=280 W/(㎡·k)
工艺尺寸
管径和管内流速
选用Φ25*2.5mm较高冷拔传热管(碳钢),差下表取管内流速1.2/iums 
管程数和传热管数
可以依据传热管内径和流速确定单程管传热数
按照单管程,所需的传热管长度为
 按单程管设计,传热管过长,宜采用多管程结构。现取l=6m,则该换热器的管程数为 
取Np=4 
传热管总根数n=500根

平均传热温差校正 
按单壳程,四管程结构
查得
平均传热温差
由于平均传热温差校正系数大于0.8,同时壳程流体流量较大,故取单壳程合适。
传热管排列和分程方法
采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。
取管心距
隔板中心到离其最近一排管中心距离按下式计算

各程相邻管的管心距为44mm

壳体内径
采用多管程结构,壳体内径可按下式估算。取管板利用率η=0.75
壳体内径为

按卷制壳体的进级档,可取D=800mm
折流板
用圆缺折流板,去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为
图片
可取H=200mm
取折流板间距B=0.5D
图片
可取B为400mm
接管
壳程流体进出口接管
取接管内气体流速为

则接管内径

圆整后可取管内径为210mm
管程流体进出口接管
取接管内液体流速

则接管内径

圆整后去管内径为210mm
换热器核算
热传热面积校核
管程传热膜系数

管程流体流通截面积
图片
管程流体流速和离诺数分别为

普朗特数

壳程传热膜系数

当量直径

壳程流通截面积

壳程流体流速及其雷诺数分别为

普朗特数

粘度校正

污垢热阻和管壁热阻。管外侧污垢热阻


管内测污垢热阻

已知管壁宽度b=0.0025m
碳钢在该条件下的热导率为

总传热系数K为

传热面积校核

换热器实际传热面积
图片
换热器的面积裕度

传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。
换热器内压核算
管程阻力

由Re=16407.6,传热管对粗糙度0.2/20=0.01。
查得

所以

管程流体阻力在允许范围内

壳程阻力

流体流经管束的阻力

流体流过折流板缺口阻力
图片
计算出

总阻力
图片
由于该换热器壳程流体的操作压力较高,所以壳程流体的阻力也比较合适。
换热器主要结构尺寸和计算结果




经过设计出来了这个浮头式换热器。此换热器选用Φ52.5mm的碳钢管,管径较大,易于清洗,因考虑到管程流体易结垢,故选用此种类型的管,而且压降不是很大,所以选用较合理;本换热器的缺点就是不可承受较大压力流体的换热,而且排列的管子数不多,故处理能力有限。不过总体来说,按此方式设计及计算能有借鉴作用。
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