换热器设计方案和拟定
根据任务书给定的冷热流体的温度,来选择设计列管式换热器中的固定管板式换热器;再依据冷热流体的性质,判断其是否易结垢,来选择管程走什么,壳程走什么。在这里,冷水走管程,热水走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据,如密度,比热容,导热系数,黏度。计算出总传热系数,再计算出传热面积。根据管径管内流速,确定传热管数,标准传热管长为6m,算出传热管程,传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤,计算出壳体内径,选择折流板,确定板间距,折流板数等,再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量,管程对流系数,传热系数,传热面积进行核算,再算出面积裕度。最后,对传热流体的流动阻力进行计算,如果在设计范围内就能完成任务。
根据固定管板式的特点:结构简单,造价低廉,壳程清洗和检修困难,壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点:结构简单,质量轻,适用于高温和高压的场合。管程清洗困难,管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点:结构复杂、造价高,便于清洗和检修,完全消除温差应力,应用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水,不易结垢,再根据造价低,经济的原则我们选用固定管板式换热器。
流体流速的选择:增加流体在换热器中的流速,将加大对流传热系数,减少污垢在管子表面上沉积的可能性,即降低了污垢热阻,使总传热系数增大,从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加,又使流体阻力增大,动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外,在选择流速时,还需考虑结构上的要求。例如,选择高的流速,使管子的数目减少,对一定的传热面积,不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗,且一般管长都有一定的标准;单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。根据表换热器常用流速的范围,取管内流速。
流体流动通道的选择:不清洁或易结垢的流体,宜走容易清洗的一侧。对于直管管束,宜走管程,便于清洗;对于U型管管束,宜走壳程。腐蚀性流体宜走管程,以免壳体和管束同时被腐蚀。压力高的流体走管程,以免制造较厚的壳体。 为增大对流传热系数,需要提高流速的流体的宜走管程,因管程流通截面积比壳程的小,且做成多管程也教容易。两流体温差较大时,对于固定管板式换热器,宜将对流传热系数大的流体走壳程,以减小管壁与壳体的温差,减小热应力。蒸汽冷凝宜走壳程,以利于散热、排出冷凝液,增强传热效果。需要冷却的流体宜走壳程,以减小冷却剂用量。但温度很高的流体,其热能可以利用,宜走管程,以减小热损失。粘度大或流量小的流体宜走壳程,因由折流挡板的作用 ,在低Re数下(Re>100)即可达到湍流。
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