南京麥馳鈦業(yè)有限公司　　蘇惠琴

帶夾套容器與帶半盤(pán)管容器傳熱效率及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

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在工程上解決反應(yīng)釜的傳熱可采取的措施有：外夾套、外半管、內(nèi)盤(pán)管等結(jié)構(gòu)。反應(yīng)釜外壁的換熱方式有外夾套和外半管。在傳熱面積上，夾套式的大，外半管的小，但由于流速、壁厚等多方面因素的影響，半盤(pán)管的容器總體傳熱效率明顯優(yōu)于夾套式容器。本文試圖通過(guò)實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)比兩種換熱方式的傳熱效率及經(jīng)濟(jì)性。

夾套容器；半管容器；傳熱效率；經(jīng)濟(jì)性

1　概述

工程上，化工設(shè)備換熱方式一般采用夾套型式、內(nèi)部盤(pán)管型式、外部半管型式。夾套型式較為常用，它具有換熱面積大、易于實(shí)現(xiàn)制作的優(yōu)點(diǎn)。但是半管容器在傳熱及結(jié)構(gòu)上有其特殊的優(yōu)點(diǎn)，它的管內(nèi)流體流速快，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)備壁厚薄，易于傳熱，因此傳熱效能高。本文通過(guò)實(shí)例（相同工藝條件）分別介紹半管容器及夾套容器傳熱系數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)比驗(yàn)證半管傳熱效率優(yōu)于夾套管。

2　工藝條件

有兩臺(tái)設(shè)備，一臺(tái)為帶夾套的容器，一臺(tái)為帶盤(pán)管容器，設(shè)備運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)如下：

兩臺(tái)設(shè)備的相同條件：內(nèi)筒直徑d=1400mm，內(nèi)筒溫度為140度，內(nèi)筒物料的給熱系數(shù)α1=500W/（m2·K）。夾套（或盤(pán)管）介質(zhì)為冷卻水，溫度小于等于60度。冷卻水進(jìn)口處流速v=0.5m/s。夾套進(jìn)口管直徑d0×t=φ57x3.5mm。

帶夾套容器的其他條件：夾套直徑 D=1600mm，夾套長(zhǎng)度為1500mm。

帶盤(pán)管容器的其他條件：盤(pán)管直徑D0×t=φ133x4mm。

查物性手冊(cè)，水的密度ρ=1000kg/m3，水的比熱容CP=4. 178×103J/（kg·K），水的熱導(dǎo)率λ=0.6589W/（m·K），水的粘度μ=450×10-6Pa/s。

3　首先計(jì)算夾套/盤(pán)管側(cè)流體的給熱系數(shù)

3.1夾套筒體

給熱系數(shù)計(jì)算：

當(dāng)量直徑：

夾套內(nèi)的流速：

計(jì)算雷諾數(shù)Re，

Re＜2000時(shí)，流體處于層流狀態(tài)，所以該夾套內(nèi)流體處于層流狀態(tài)。可用下式計(jì)算給熱系數(shù)：

0.14=0.95

其中Pr代表普朗特?cái)?shù)，

根據(jù)以上公式，

3.2半盤(pán)管筒體給熱系數(shù)計(jì)算：

當(dāng)量直徑：

夾套內(nèi)的流速：

該夾套內(nèi)流體處于強(qiáng)制湍流狀態(tài)，可用下式計(jì)算給熱系數(shù)：

……（被加熱時(shí)b=0.4，冷卻時(shí)b=0.3）

4　計(jì)算器壁的傳熱系數(shù)

根據(jù)《GB150-2011壓力容器》計(jì)算規(guī)范，受夾套容器外壓影響，帶夾套的容器內(nèi)筒計(jì)算較厚，而盤(pán)管可作為外壓補(bǔ)強(qiáng)圈，外壓計(jì)算壁厚會(huì)薄很多。我們假定帶夾套容器內(nèi)筒壁厚為14mm，帶盤(pán)管容器內(nèi)筒壁厚10mm，進(jìn)行以下計(jì)算：

4.1夾套筒體結(jié)構(gòu)，傳熱系數(shù)計(jì)算

4.2盤(pán)管筒體結(jié)構(gòu)，傳熱系數(shù)計(jì)算

假定內(nèi)筒壁厚10mm，內(nèi)筒給熱系數(shù)500W/（m2·K），與夾套結(jié)構(gòu)給熱系數(shù)相同。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，由于Q=KAΔtm，雖然盤(pán)管?chē)傻膿Q熱面積小于夾套筒體的換熱面積，但是傳熱系數(shù)卻遠(yuǎn)大于夾套筒體，在相同的Δtm情況下，盤(pán)管的換熱性能遠(yuǎn)高于夾套筒體。

5　結(jié)語(yǔ)

雖然盤(pán)管容器的換熱面積小于夾套容器，但是其傳熱系數(shù)遠(yuǎn)高于夾套容器，而通過(guò)內(nèi)筒的強(qiáng)度校核，盤(pán)管容器所需要的器壁厚度遠(yuǎn)低于夾套容器內(nèi)壁，所以，盤(pán)管容器在傳熱效率及經(jīng)濟(jì)性上，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

［1］陳敏恒，叢德滋，方圖南等.化工原理（上冊(cè)）［M］.第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］楊世銘.傳熱學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1987.

［3］陳英南，劉玉蘭.常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)［M］.上海：華東理工大學(xué)出版社，2005.