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壓縮氣體換熱器設計及計算，工程師大愛！

發(fā)布時間：2022-07-16 21:57人氣：

壓縮氣體換熱器設計及計算，工程師大愛！壓縮氣體換熱器設計及計算 換熱器就是用于存在溫度差的流體間的熱交換設備，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)傳熱原理和實現(xiàn)熱交換的......

壓縮氣體換熱器設計及計算

 

換熱器就是用于存在溫度差的流體間的熱交換設備，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）換熱器應用最普遍。列管式和板式，各有優(yōu)點，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應用于化工、石油、能源等設備;板式則以其高效、緊湊的特點大量應用于工業(yè)當中。
壓縮氣體換熱器設計及計算
 
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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壓縮氣體換熱器設計及計算
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壓縮氣體換熱器設計及計算
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設計計算要求
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設計要求
兩流體溫度的變化情況 
熱流體進口溫度 137℃，出口溫度  40℃；
冷流體進口溫度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，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計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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壓縮氣體換熱器設計及計算
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管程設計安排
 
 

從兩物流的操作壓力看，應使混合氣體走管程，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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壓縮氣體換熱器設計及計算
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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)
壓縮氣體換熱器設計及計算
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工藝尺寸
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管徑和管內流速
選用Φ25*2.5mm較高級冷拔傳熱管(碳鋼),差下表取管內流速1.2/iums 壓縮氣體換熱器設計及計算
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管程數(shù)和傳熱管數(shù)
可以依據(jù)傳熱管內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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 按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構?，F(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,四管程結構
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,即每程內均按正三角形排列,隔板兩側采用正方形排列。
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算
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各程相鄰管的管心距為44mm
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殼體內徑
采用多管程結構，殼體內徑可按下式估算。取管板利用率η=0.75
殼體內徑為
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按卷制殼體的進級檔，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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殼程流體進出口接管
取接管內氣體流速為
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則接管內徑
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圓整后可取管內徑為210mm
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管程流體進出口接管
取接管內液體流速
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則接管內徑
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圓整后去管內徑為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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普朗特數(shù)
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殼程傳熱膜系數(shù)
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當量直徑
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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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普朗特數(shù)
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粘度校正
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污垢熱阻和管壁熱阻。管外側污垢熱阻
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管內測污垢熱阻
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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。
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換熱器內壓核算
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管程阻力
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由Re=16407.6，傳熱管對粗糙度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
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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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流體流過折流板缺口阻力
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計算出
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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。
換熱器主要結構尺寸和計算結果
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經(jīng)過設計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，按此方式設計及計算能有借鑒作用。
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