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CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2013,23(3)
储罐内加热盘管的设计与计算
何文静*华陆工程科技有限责任公司西安710065
摘要本文介绍储罐内加热盘管的传热与压降计算,确定盘管的加热面积,实例介绍在实际工程中的
应用。
关键词内加热盘管储罐
化工生产过程中,当储罐贮存具有高粘度或冲击振动,还可能发生不凝性气体聚集于盘管的
高凝固点的液体时,为保持其流动性,防止物料上部,很难排出,影响冷凝效果。所以当所需的
凝固,需要加热或保温。内加热盘管是较常用的传热面积较大时,宜采用若干组盘管并联来解决。
一种储罐加热器,又称为沉浸式蛇管换热器。本
3)内加热盘管直径不宜过大,直径过大
文主要讨论储罐内加热盘管传热的计算,以及盘工制造有困难,一般常用管径在DN25~65范围。
管加热面积的确定。利用该方法设计计算的储罐为防止盘管的压降过大,限制管内流速在0.3~
内加热盘管,已经应用到某粗苯精制项日中。
0.8m/s,对于气体,质量流速可以控制在3~
1储罐内加热盘管的特点及设计原则
(4)盘管内外圈之间的间距一般为2~3d
1储罐内加热盘管的优缺点
(其中d。为盘管外径),上下圈的垂直距离h应保
内加热盘管的特点是结构简单、造价低、操持在1.5-2.0d。而最外圈与储罐壁间的最小距
作管理方便、管内可承受高压、安装灵活、可以离为100~200mmo
适应容器的形状,弯曲成圆柱形或平板等形状
(5)在设计计算时,首先应根据管内流体的
也可并联若于组以增加传热面积,甚至可在同
物性,选择适宜的流速,决定盘管直径及并联组
设备中采用两组独立的盘管,通人不同的热载体
数m,然后进行传热计算,求得传热面积,计算管
以充分利用热量。但由于储罐的体积相对较大,
储罐内流体的流速必然很低,所以管外给热系数长和圈数n。以及盘管的几何尺寸。
也相对较小,这将影响总传热系数的提高。此外,
已知体积流量V。,则根据选定流速v,计算盘
盘管本身通过的能力有限,而且管内难以清洗,管并联组数m:
故只适于传热负荷不是很大的场合及较清洁的流
m=4V/(md:D)
体,为提高盘管外侧的给热系数,往往安装搅拌
盘管总长
装置,以强化传热过程,提高总传热效率。
1.2储罐内加热盘管的设计原则
每组长L
(1)当采用液体作为加热或保温介质时,为
L=L/m
(3)
使盘管中充满液体,应从盘管下端送入液体;当
每圈盘管长1
采用蒸汽或低压热源时,为避免水锤或阻塞,应
D
(4)
从上端送入蒸汽,下端排出凝液。
每组的总圈数n:
2)内加热盘管不宜过长,否则会增加流体
n=L/
阻力,消耗过多能量。当采用蒸汽为加热源时,
盘管高度L
蒸汽在盘管内发生冷凝,易产生凝液排出困难和
*何文静:工程师。2002年毕业于西北大学精细化エ专业。一直从事化エ工艺设计工作。联系电话(029)87988609,E-Mail
hwil935@ chinahualueng, com
2013,23(3)
何文静储罐内加热盘管的设计与计算
2储罐散热的计算
数公式:
2=388(k,/d1)(D./d)-[r/(3.6)ル]P(14
2.1储罐外部有蒸汽伴管伴热时的热损失计算
储罐中介质的凝固点、粘度较大,工艺介质
3.2盘管外的给热系数
需要维持的温度较高,一般采用伴热保温的形式,
由于盘管外容器容积很大,通常可作为自然
伴热保温通常使用蒸汽伴热,此时,储罐散热量对流考虑。
计算采用公式:
在Pr≥0.7时
?=K6Ao△to
h
N。=C。( Grpr)"=
(15)
(8
Pr
(16)
d
保温设备内介质对外壁的传热一般忽略不计,
这样储罐外壁温度tω与设备内工作温度t可视作相
同,则
(18)
壁温t、需满足公式:
2.2储罐外部无伴热时的热损失计算
=7ー-k(+Y)At=tk(+y。)4(19
储罐外部无伴热,而只是保温时,热损失计
算采用公式
采用试差的方法确定壁温,得出h。
根据公式,求得K值?
(10
d1
In
3储罐肉盘管的传热计算
3.1盘管内的给热系数
根据公式:
Q=KA△t
无相变强制对流给热系数
可得出A值,然后再设计盘管的几何尺寸。
(1)对气体
Pr
计算实例
R
k26.2(P-2-0.074)
某裝置苯、甲萃混合物常压中间储鑵,规格
Re(d/D.)2]3
(12)
为900016500m,V=1000m3,外界环境平均
此公式适用范围为Pr≈1;R。(d/D。)2>0.
温度t。为13.1℃,进出物料温度t为50℃,要求
(2)对液体
维持该温度的热源为0.4MPa(G)的低压水蒸汽
h: d: Pro. a
计算内加热盘管的加热面积及管内压降。
4.1计算热负荷和蒸汽用量
0.061
Re(d /D)=
(13
已知条件:物料温度为50℃;外界环境平均
温度t为13.1℃;根据项目的材控规范,平壁保
此公式适用范围为Pr>1;Re(d/D.)2温层厚度8为0.07m,保温材质为岩棉;根据规范
>0.4
(SHU10-90),表面给热系数a为11.6W/(m2
3.1.2冷凝给热系数
?℃);岩棉的导热系数A。为0.046+0.0008tm
蒸气在盘管内的冷凝给热系数与水平管内冷
凝时相近,计算水蒸气在盘管内冷凝时的给热系
=分(t+t),故入。=0.052W/(m2?℃)