辽宁石油化工大学
Pr?cpi?i?i3.165?103?8.1?10?3??183；
0.140Pr?183
当流体在管内流动为过渡流的时候，对流传热系数可 先按湍流的公式计算，然后把计算结果乘以校正系数?， 即可得到过渡流下的对流传热膜系数。 先计算校正系数?：
6?1056?105??1??1??0.835； 1.81.8Re4413
??0.835
而湍流情况下的?i'计算如下：
由于?i?2?a，故原油为高黏度的流体，故应用 Sieder-Tate关联式：
?i'?0.027
Re0.8Pr1/3(?i/?w)0.14
0.14?idi
工程上，当液体被加热时，取(?i/?w)?1.05，当液
体被冷却时，取(?i/?w)0.14?0.95，而管程流体原油是被加 热的，则有
?i'?0.027?0.140?44130.8?1831/3?1.05?928 W/（㎡﹒K）； ?i'?928W/（㎡0.02故管内流体传热膜系数?i为：
?i???i'?0.835?928?775W/（㎡﹒K）； 2.2.3.2 壳程流体传热膜系数αO： 其计算过程如下：
换热器内需装弓形折流板，根据GB151-1999可知，折流板最小的间距一般不小于圆筒内直径的1/5，且不小于
50mm，故根据浮头式换热器折流板间距的系列标准，可
﹒K）
?i?775W/（㎡
﹒K）
取折流板间距lb?300mm。
因为壳体选择为卷制圆筒，根据GB150-1999可知壳
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lb?300mm
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体内径Di?DN?600mm。
Di?600mm
管间流速uo是根据流体流过管间最大截面积As计算：
As?lbDi(1?do) pt
其中：do——管外径，即25㎜，
pt——为换热管中心距，此时选择换热管在管板上的排列方式为正方形排列，因为这样便于机械清洗，查GB151-1999得pt?32mm。
AS?0.3?0.6?(1?0.025)?0.0393m2； 0.032do?25mm
pt?32mm
AS?0.0393m2 uo?0.178m/s
uo?mh6.44??0.178m/s； ?hAs918?0.0393当换热管呈正方形排列时，其当量直径de为
1.27pt21.27?0.0322de??do??0.025?0.027；同时： de?0.027
do0.025Re?deuo?o?ocp?o??0.027?0.178?918?4800； ?30.92?103?3
Re?4800 Pr?20.9
Pr??o2.587?10?0.92?10?20.9；
0.114（㎡?o?420.8W/﹒K）
故可用Kern法求?o，即：
?o?0.36?0.36??odeRe0.55Pr(?i/?w)1/30.14dm?22.5mm
b?2.5mm
0.114?48000.55?20.91/3?0.95 ； 0.027?420.8W/m?KRsi?0.52?10?3m2K/W
2
?i与?o都已经算出，而dm?di?do20?25??22.5mm，Rso?0.52?10?3 22b?2.5mm，Rsi?Rso?0.52?10?3m2?K/W，同时查钢管壁m22K/W
热导率为?w?46.9W/m?K，则有
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?w?46.9W/m2K
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K?11
K?191.6W/m2K
?o??Rso?bdodd?Rsi0?0?wdmdi?idi1
10.0025?0.0250.0250.025?0.52?10?3??0.52?10?3??420.846.9?0.02250.02775?0.02 ?191.6W/m?K故K191.6??1.06，合适。 K估180K?1.06 K估 R?6.25
P?0.139
2.2.4 校核平均温差 与平均温差有关参数的计算如下： R?热流体的温降Thi?Tho300?100???6.25;冷流体的温升Tco?Tci101?69T?T冷流体的温升101?69?coci??0.139； 两流体最初温差Thi?Tci300?69P?
??0.86℃
根据R、P值，查温度校正系数图可得温度校正系数??0.86?0.8，因此有效平均温度差为： '?tm????tm?0.86?91.4?78.6℃ 。 ?tm?78.6
'A0?216.2m2
2.2.5 校核换热面积： 实际传热面积： 'A0?Q3332.1??216.2m2； K??tm191.6?78.6校核：
'A?A0?18% 'A0A?A85?3?216.2??100%?18%?(15%?25%)； 'A0216.2为了保证换热器的可靠性，一般应使换热器的面积裕度大于或等于15%--25%，由上可知所选换热器面积满足要求。 '0
2.3 压力降的计算
流体流经换热器因流动引起的压力降，可按管程压降和
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壳程压降分别计算。 2.3.1 管程压力降?pi
管程压力降有三部分组成，可按下式进行计算：
?pi?(?pL??pr)FtNpNs??pnNs
其中：?pL——流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降， Pa；
?pr——流体流经回弯管中因摩擦阻力引起的压力 降，Pa；
?pn——流体流经管箱进出口的压力降，Pa；
Ft——结构校正因数，无因次，对?25?2.5mm的管 子，取为1.4；对?19?2mm的管子，取为1.5；
Np——管程数； Ns——串联的壳程数。
其中，?pL、?pr、?pn的计算式如下：
?iui2?iui2li?iui2)； )；?pn?1.5(?pL??i()；?pr?3(22di2 式中：ui——管内流速，m/s；di——管内径，m；
l——管长，m；?i——摩擦系数，无量纲，可由下式求
取；?i——管内流体密度，kg/m3。
由于Re?4413，在Re?3?103?3?106范围内，故可 采用下面公式求取：
0.75430.7543?0.01227??0.0434 ?i?0.01227?Re0.3844130.38
?i?0.0434
?pL?0.0258Mpa
6805?2.222?()?0.0258 Mpa； 所以?pL?0.0434?0.022 17
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805?2.222)?0.00595 Mpa； ?pr?3?(2805?2.222)?0.00298 Mpa； ?pn?1.5?(2?pr?0.00595Mpa
?pn?0.00298 Mpa
?pi?(0.0258?0.00595)?1.4?4?3?0.00298?3?0.542 Mpa?pi?0.542 Mpa；
经查，可知每台换热器合理的压力降为
0.35?1.8?105Pa，由此可知上述压力降符合要求。
2.3.2 壳程的压力降
当壳程装上折流板后，流体在管外流动为平行流和错流的耦合。尽管管束为直管，但流动却变得复杂化。由于制造安装公差不可避免地存在间隙，因而会产生泄漏和旁流，而流体横向冲刷换热管引起的旋涡，也使流动变得更加复杂。由于流动的复杂性，要准确地分析影响这种复杂流动的各种因素，精确地计算压力降是相当的困难。 下面通过埃索法来计算：
?po?(?p??p)FsNs 式中：?p1'——流体横过管束的压力降，Pa；
' ?p2——流体通过折流板缺口的压力降，Pa；
'1'2
Fs——壳程压力降的结垢修正系数，无因次，对液体可取1.15；对气体可取1.0。 其中：?p1'?Ff0nc(Nb?1)Fs?1.15
2lb?u； )Di2
F?0.3
2o?u22o
'；?p2?Nb(3.5?式中：F——管子排列方法对压力降的修正系数，对三角形排列F?0.5。对正方形排列F?0.3，对转置正方形排列
F?0.4；
fo——壳程流体摩擦系数，当Re?500时，
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