帶夾套容器與帶半盤管容器傳熱效率及經(jīng)濟性對比

南京麥馳鈦業(yè)有限公司　　蘇惠琴

帶夾套容器與帶半盤管容器傳熱效率及經(jīng)濟性對比

南京麥馳鈦業(yè)有限公司蘇惠琴

在工程上解決反應釜的傳熱可采取的措施有：外夾套、外半管、內盤管等結構。反應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。本文試圖通過實例進行分析，對比兩種換熱方式的傳熱效率及經(jīng)濟性。

夾套容器；半管容器；傳熱效率；經(jīng)濟性

1　概述

工程上，化工設備換熱方式一般采用夾套型式、內部盤管型式、外部半管型式。夾套型式較為常用，它具有換熱面積大、易于實現(xiàn)制作的優(yōu)點。但是半管容器在傳熱及結構上有其特殊的優(yōu)點，它的管內流體流速快，這種結構的設備壁厚薄，易于傳熱，因此傳熱效能高。本文通過實例（相同工藝條件）分別介紹半管容器及夾套容器傳熱系數(shù)的計算方法，對比驗證半管傳熱效率優(yōu)于夾套管。

2　工藝條件

有兩臺設備，一臺為帶夾套的容器，一臺為帶盤管容器，設備運行的所有數(shù)據(jù)如下：

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

帶夾套容器的其他條件：夾套直徑 D=1600mm，夾套長度為1500mm。

帶盤管容器的其他條件：盤管直徑D0×t=φ133x4mm。

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

3　首先計算夾套/盤管側流體的給熱系數(shù)

3.1夾套筒體

給熱系數(shù)計算：

當量直徑：

夾套內的流速：

計算雷諾數(shù)Re，

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

0.14=0.95

其中Pr代表普朗特數(shù)，

根據(jù)以上公式，

3.2半盤管筒體給熱系數(shù)計算：

當量直徑：

夾套內的流速：

該夾套內流體處于強制湍流狀態(tài)，可用下式計算給熱系數(shù)：

……（被加熱時b=0.4，冷卻時b=0.3）

4　計算器壁的傳熱系數(shù)

根據(jù)《GB150-2011壓力容器》計算規(guī)范，受夾套容器外壓影響，帶夾套的容器內筒計算較厚，而盤管可作為外壓補強圈，外壓計算壁厚會薄很多。我們假定帶夾套容器內筒壁厚為14mm，帶盤管容器內筒壁厚10mm，進行以下計算：

4.1夾套筒體結構，傳熱系數(shù)計算

4.2盤管筒體結構，傳熱系數(shù)計算

假定內筒壁厚10mm，內筒給熱系數(shù)500W/（m2·K），與夾套結構給熱系數(shù)相同。

根據(jù)上述計算結果，由于Q=KAΔtm，雖然盤管圍成的換熱面積小于夾套筒體的換熱面積，但是傳熱系數(shù)卻遠大于夾套筒體，在相同的Δtm情況下，盤管的換熱性能遠高于夾套筒體。

5　結語

雖然盤管容器的換熱面積小于夾套容器，但是其傳熱系數(shù)遠高于夾套容器，而通過內筒的強度校核，盤管容器所需要的器壁厚度遠低于夾套容器內壁，所以，盤管容器在傳熱效率及經(jīng)濟性上，具有明顯優(yōu)勢。

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

［2］楊世銘.傳熱學［M］.北京：高等教育出版社，1987.

［3］陳英南，劉玉蘭.常用化工單元設備的設計［M］.上海：華東理工大學出版社，2005.