4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
1.4 估算传热面积
1.4.1 热负荷的计算
Q?m1cp1(t2?t1)?5859.4?3.69?(85?67)?108.3KW （1-1） 36001.4.2 蒸汽用量
Q108.3?103m???0.05kg/s?179.1kg/h （1-2） 3r2176.3?101.4.3 平均温度差（逆流）
?tm??t1??t2(T1?t2)?(T2?t1)(411358)?(411?340)???61.56℃ （1-3） ?t2?t253lnlnln71?t1?t11.4.4 估算传热面积
由文献[1]表2-5知操作条件下总传热系数范围为30～300 W/(m2·℃)，初取K=150 W/(m2·℃)，故
Q108.3?103S???11.73㎡ （1-4）
(K??tm)150?61.561.5 工艺结构尺寸
1.5.1 管径和管内流速
选用φ25×2较高级热轧传热管(碳钢)，材质20钢，查文献[3]取管内流速
ui?25m/s
5
4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
1.5.2 管程数和传热管数
V5859.41??86（根） （1-5） 36000.785?0.0212?25管数：ns??4?di2u传热管长：L?S11.73??1698㎜ （1-6） ?d0ns3.14?0.025?88取传热管长为2.5m,单管程换热器。
1.5.3 传热管排列
管间距的确定：采用正三角形排列，查文献[2]知管间距a=32mm
1.5.4 壳体直径
对于单管程换热器，壳体内径由下式确定：
D?t(b?1)?(2~3)d0 （1-7）
b?1.19NT?1.19?86?11.16 （1-8）
D?32?(11.16?1)?50?375.22㎜ （1-9）
取壳体内经为400㎜
管板排管如图1所示，排管总数为92根，除去四根拉杆占据换热管的位置则n=88（根）
图1 管板排孔
6
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1.5.5 接管
壳程流体进口接管：取接管内气体流速为u01?20m/s，则接管内径为：
do1?4V4?0.05/1.842??0.042m （1-10） ?u013.14?20选用公称直径为40，? 50×3的接管
壳程流体出口接管：取接管内液体流速为u02?0.5m/s,则接管内径为：
do2?4V4?0.05/927??0.012㎜ （1-11） ?u023.14?0.5选用公称直径为20，? 25×2的接管
管程流体进、出口接管：取接管内流体流速ui?60m/s，则接管内径为：
di?4V4?5859.4/(3600?2.174)??0.126m （1-12） ?ui3.14?60选用公称直径为125，?133×3的接管
1.6 换热器工艺结构校核
1.6.1 核算总传热系数
1.6.1.2 壳程传热系数
11设壁温为131℃，则定性温度为：(ts?tw)?(138?131)?134.5℃
22查文献[3]附录得134.5℃下水的物性参数为：
??0.686W/(m?℃) u?2.110?10?4Pa?s ??931.32kg/m3 因壳程有相变，故传热系数计算公式为：
?2g?3r14?0?0.725() （1-13）
?d0?t7
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931.322?9.81?0.6863?2176.3代入数据得：?0?0.725()?2500W/(m2?℃) ?42.110?10?0.025?(138?131)由对流传热速率方程计算传热速率，即：
Q??S(ts?tw)?2500???0.025?1.8?(138?131)?3140W （1-14） 故蒸气冷凝量为W?Q3140??0.001443?5.195kg/h （1-15） 3r2176.3?10核算流型：M?WWb??d?0.001443?0.0184kg/(m?s) 03.14?0.025Re?4M?4?0.0184?2.110?10?4?384?1800（层流） 管内传热系数
uVSi???5859.4/(3600?2.174)0.785?0.0212?86?25.1m/s 4d2insRe?diu??25.1?2.174??0.0211.39?10?5?82440 普朗特数Pr?Cp?4.16?103?1.39?10?5??15.102?10?3?3.83 流体被加热时n=0.4
?i?0.023??idRe0.8Prni?0.023?15.102?10?30.021?824400.8?3.830.4 ?243W/?m2?℃?污垢热阻和管壁热阻 查文献[1]可知：
管外侧污垢热阻Ro?0.8598?10?4m2?K/W 管内侧污垢热阻Ri?0.8598?10?4m2?K/W 管壁热阻Rw?b??0.00248.85?4.1?10?5m2?K/W w传热系数K
8
（1-16） （1-17） 1-18） 1-19） 1-20） （1-21）
1.6.1.3 （（（1.6.1.4 1.6.1.5 4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
K??1doRdRd1?io?wo?Ro??idididm?o1 （1-22） ?40.0250.8598?10?0.0251??0.8598?10?4?243?0.0210.0212500?182W/(m2?℃)?K?182??1.213在1.15～1.25范围内，故满足要求。 K150裕度H?K??K182?150??17.58﹪ （1-23） ?K1821.6.2 壁温核算
初定壁温为131℃
?oto?twtw?ti （1-24） ?11?Rso?Rsi?i其中to?138℃ ti?76℃ ?o?2500W/(m2?℃) ?i?243W/(m2?℃)
Rso?Rsi?0.8598?10?4m2?K/W 故
138?tw1?0.8598?10?42500?tw?761?0.8598?10?4243
则tw?131.4℃，由此算出的tw值与原来假设的tw值相符，故壁温为131℃。
1.6.3 换热器内流体的流动阻力计算
1.6.3.1 管程流体阻力
?Pi?(?P1??P2)NsFtNP （1-25） 其中Np=1 , Ft=1.4，Ns?1 (注: Ft在管子为25时取1.4，在19时取1.5)
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