列管式换热器传热系数的计算

列管式换热器传热系数测定实验

列管式换热器传热系数测定实验

一、 实验目的

1. 初步了解THXHR-5型气-气列管换热实验装置的基本结构和操作原理 2. 掌握列管式换热器传热系数K的测定方法

3. 了解影响实验结果准确性的原因以及可能存在的问题

二、 实验设备

THXHR-5型气-气管列换热器，一台电脑，一台RS232/485转换器一只

三、

实验原理和方法

在工业生产中，要实现热量的交换，须采用一定的设备，此种交换的设备称为换热器。它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的另一侧，通过坚壁内的热传递再由坚壁的另一侧将热传递给冷流体。从而使热流体物流被冷却，冷流体被加热，满足对冷物流或热物理温度的控制要求。

传热系数是度量换热器性能的重要指标，影响换热器传热量的参数有传热面积、平均温度差和传热系数。根据传热速率方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测

得传热速率Q以及各相关温度，即可算出K，即测定气-气管列换热器的传热系数K [W/(m2·℃)]

??=??/??Δ????

式中：

A——传热面积，m2； 本实验为0.44㎡ Δ????——冷、热流体的平均温差，℃；

Q——传热速率，W（即单位时间内传递的热量）

因为本次

列管式换热器的设计 一、概述

在化工、石化、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。在一般化工的建设中，换热器约占总投资的11％。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20%。若按工艺设备重量统计，换热器在石油、化工装置中约占40%左右。

随着化工、石化、炼油工业的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。

换热器的类型很多．特点各异，分类方法也不尽相同。苦按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。技其结构类型分，有列管式、板式、螺旋板式、板翅式、板壳式利翅片管式等。若按传热原理和热交换方式分，有直接混合式、蓄热式和间壁式三类，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。

列管式换热器发展较早，设计资料和技术数据较完整．目前在许多国家中都已有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑件、材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性较大，成本较低等优点，因而仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备,也

列管式换热器设计

第一节 推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图。

2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。

5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。

7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。

8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。

9、核算Ｋ。

10、校核平均温度差D。

11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计

1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。

3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。

8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制

第一部分 列管式换热器选型设计计算

一． 列管式换热器设计过程中的常见问题

换热器设计的优劣最终要以是否适用、经济、安全、负荷弹性大、操作可靠、检修

清洗方便等为考察原则。当这些原则相互矛盾时，应在首先满足基本要求的情况下再考虑一般原则。

1． 流体流动空间的选择原则 （1） 不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。 （2） 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 （3） 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。 （4） 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 （5） 有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。 （6） 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 （7） 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由 于流速和流向的不断改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流，可以提高对流传热系数。 （8） 对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。

在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视

介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：

1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m 2. C

饱和部分是按照公式K=2093+786V(V 是管内流速)含污垢系数

0.0003 。

水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1 是管内流速，V2 水壳程流速) 含污垢系数0.0003

实际运行还少有保守。有余量约10%

不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K 值通常在冷流体热流体总传热系数K，W/(m 2.C)

水水850 ?1700

水气体17 ?280

水有机溶剂280 ?850

水轻油340 ?910

水重油60 ?280

有机溶剂有机溶剂115 ?340

水水蒸气冷凝1420 ?4250

气体水蒸气冷凝30?300

水低沸点烃类冷凝455 ?1140

水沸腾水蒸气冷凝2000 ?4250

800~2200W/m 2范围内

轻油沸腾水蒸气冷凝455 ?1020

列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2?Co 螺旋板式换热器的总传热系数

水) 通常在

(水—

1000~2000W/m 2范围内。

板式换热器的总传热系数( 水( 汽) —水) 通常在3000~5000W/m 2范围内。

1 ．流体流径的选择

哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体

列管式换热器课程设计

华北科技学院环境工程系《化工原理》课程设计报告

设计题目列管式换热器的工艺设计和选用学生姓名张森

学号 2

指导老师高丽花

专业班级化工B112班

教师评语

设计时间：2013年12月9日至2013年12月20日

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列管式换热器课程设计

前言

列管式换换热器的应用已经有很悠久的历史。现在，它已经被当成一种传统的标准换热器设备在很多部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。

在化工厂，换热器的费用约占20%，在炼油厂约占35%~40%。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进与传热原理的研究也十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

完善的换热器在设计时应满足以下各项要求：

（1）合理地实现所规定的工艺条件

传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定

列管式换热器设计举例（一）

一、设计任务书

（一）已知条件 1． 气体工作压力： 管程：半水煤气 0.70MPa 壳程：变换气0.68MPa

2． 壳、管壁温差 50℃，ta > ts 。 3． 由工艺计算求得换热面积为 130 m2。 （二）设计任务

1．列管热交换器结构及工艺尺寸；

2．绘制列管热交换器结构图。

3．选用适合并满足换热任务的标准型换热器。

二、换热器设计计算

1．确定管子数n

选?25?2.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长 3 m 因 F??d均ln 所以 n?A?d?130?613 根

均L3?14?0?0225?3其中因安排拉杆需减少6 根，实际近数为607 根。 2．管子排列方式、管间距确定

采用正三角形排列，由表 查得层数为 13 层，查表 ，取管间距3．换热器壳体直径的确定

壳体内径为： Di???b?1??2l 式中 Di —— 换热器内径；m

b —— 正三角形对角线上的管子数；查表 ，取b?27； l —— 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离；取l?2d0。

?32mm。 ?

列管式换热器设计任务书

一、 设计题目： 1，换热器设计 二、设计任务及操作条件 1、 设计任务：

生产能力（进料量） (110000+学号后三位×1000) Kg／h 2、 操作条件

甲苯的压力： 6.9MPa，进口110℃，出口60℃

循环冷却水的压力：0.4MPa 进口？℃，出口？℃ 3、 设备型式 自选

4.物性参数 按任务书要求自查 三、设计内容：

1、设计方案的选择及流程说明

选择什么样的换热器，以流程等作必要交代 2、工艺计算

确定物性数据，传热面积的估算 3、主要设备工艺尺寸设计 （1） 冷凝器结构尺寸的确定 （2）传热面积、两侧流体压降校核 （3）接管尺寸的确定等 6、换热器设备图（A3）和说明书 四、参考设计计算程序：

1.根据已知条件确定管程和壳程的物体流速，进出口的温度条件；根据两侧流体的温度条件，确定两流体在该换热器中定性温度的物性值。物性值包括密度、比热、粘度，并计算该换热器的传热量。

2.确定换热器的平均温度差?t,?tm及温差修正系数。 3.假定总传热系数K或壳程的传热系数?0 4.计算传热面积

5.根据工艺选择管径的尺寸，选择管程数和壳程数，确定管

1管道总传热系数

管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。 1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K值

管道总传热系数K指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：

???Di?1?ln???1Di?Dn?11?KDe??????ln? （1-1）

?D?D2?2?D2wiLL??1n?????1式中：K——总传热系数，W/(m2·℃)；

（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无De——计算直径，m；

保温埋地管路可取沥青层外径）；

Dn——管道内直径，m； Dw——管道最外层直径，m；

?1——油流与管内壁放热系数，W/(m2·℃)； ?2——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2·℃)； ?i——第i层相应的导热系数，W/(m·℃)；

Di，Di?1——管道第i层的内外直径，m，其中i?1,2,3...n

课程设计说明书

列管式换热器

班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 日 期 ： 指导教师 ：

目录

设计任务书··································································3

一、方案设计································································4

1、确定设计方案·····························································4

2、确定物性数据·····························································4

3、工艺流程图·······························································4

二、工艺过程设计计算························································5

三、设计结果一览表·····························