第2章 工艺计算
2.1设计原始数据
表2—1
名称 单位 壳侧 管侧 设计压力 Mpa 7.22 28 设计温度 ℃ 420/295 310/330 介质 / 蒸汽、水 水 流量 Kg/h 60000 容器类别 / III 设计规范 / GB150 GB150
2.2 管壳式换热器传热设计基本步骤
（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能
（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间
（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据
（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速
（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 （9）选取管长 l0 （10）计算管数 NT
（11）校核管内流速，确定管程数
（12）画出排管图，确定壳径Di和壳程挡板形式及数量等 （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积
（16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
第2章 工艺计算
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度
由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为：
420?295?357.5℃ （2-1） 2 t=
管程流体的定性温度：
310?330?320℃ 2T=
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
2.3.2 物性参数
管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考 物性数据 无机 表1.10.1】
表2—2
密度 定压比热容 热导率 粘度 普朗特数
ρi-=709.7 cpi=5.495 λi=0.5507 μi=85.49 Pr=0.853 ㎏/m3 kJ/㎏.K W/m.℃ μPa.s 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册 饱和水蒸气表】
表2—3
密度 ρo=28.8 cpo=3.033 λo=0.0606 μo=22.45 Pr=1.122 ㎏/m kJ/㎏.K W/m.℃ μPa.s 3定压比热容 热导率 粘度 普朗特数
2.4估算传热面积 2.4.1热流量
根据公式（2-1）计算：
Q?Wcp?t 【化原 4-31a】 （2-2）
将已知数据代入 （2-1）得：
=60000×5.495×103 (330-310)/3600=1831666.67W Q?WC1p1?t1
式中： W1——工艺流体的流量，kg/h；
Cp1——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K；
?t1——工艺流体的温差，℃；
Q——热流量，W。
2.4.2平均传热温差
根据 化工原理 4-45 公式（2-2）计算：
?t1??t2 （2-3） ?t1ln?t2?tm?按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得：
?tm??t1??t2?420?330???310?295???41.86℃
?t1420?330??lnln?t2?310?295?第2章 工艺计算
式中： ?tm——逆流的对数平均温差，℃；
?t1——热流体进出口温差，℃； ?t2——冷流体进出口温差，℃；
可按图2-1中（b）所示进行计算。
图2-1 列管式换热器内流型
2.4.3传热面积
根据所给条件选定一个较为适宜的K值，假设K=400 W/m2.K则估算传热面积为:
S?Q （化工原理 式4-43） （2-4） K?tm将已知数据代入 （2-3）得： S?式中：S——估算的传热面积，m2；
Q1831666.67?109.39m2
K?tm400?41.86 K——假设传热系数，W/m2.℃；
?tm——平均传热温差，℃。
考虑的面积裕度，则所需传热面积为:
S'?S?1.15?112.88?1.15?125.8m2 （2-5）
2.4.4热流体用量
根据公式（2-4）计算：由化工原理热平衡公式
W?Q cp?t将已知数据代入 （2-4）得： W2?Q1831666.67??17392.68Cp2?t23.033?(420?295)kg/h （2-6）
式中Q——热流量，W；
cp2——定压比热容，kJ/㎏℃；
?t2——热流体的温差，℃； W2——热流体的质量流量，kg/h。
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2.5 工艺尺寸 2.5.1管数和管长
1.管径和管内流速
根据红书 表3-2 换热管规格
表2-4
材料 钢管标准 外径?厚度 /（mm?mm） 碳钢
根据 红书 表3-4 取管内流速ui?1m/s ⒉管程数和传热管数 依红书3-9式 n?GB8163 25?2.5 ?0.20外径偏差 /mm 壁厚偏差 ?12% ?10%q?v2，可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数
4du ns?q?v4diui32?709.7?74.8?75（根） (2-7) ?2?0.02?14 ；
16.67式中
q——管程体积流量，mvs