化工原理课程设计列管式换热器设计步骤.ppt

陈 振 指导教师 齐鲁工业大学 列管式换热器设计 化工原理课程设计 2019/1/251 陈 振 指导教师 齐鲁工业大学 设计题目 拟用200kpa的饱和水蒸气将常压下 20的苯加热到80， 苯的质量流量为50t/h单号 苯的质量流量为40t/h双号 试设计一列管式换热器。 已知仓库中现有252.5mm，长 6m的碳钢钢管 *第2页 化工原理教研室 齐鲁工业大学 设计内容 设计说明书 布管图 187 169 114 装配图 187 169 date3 化工原理教研室 齐鲁工业大学 设计步骤 一、确定定性温度、物性数据 二、换热器的类型及流体走向 三、工艺计算 四、换热器尺寸的初步确定 五、校核计算 date4 化工原理教研室 齐鲁工业大学 六、进出口管径 七、校核流体压力降 八、换热器尺寸及附属部件 九、参考资料 十、对一些问题的说明 date5 化工原理教研室 齐鲁工业大学 一、确定定性温度、物性数据 苯的物性数据 t1 、t2 、tm 、 、cp2 、2 、 2 水蒸汽的物性数据 ts 、 、 同温度下水的物性 、 、 date6 化工原理教研室 齐鲁工业大学 二、换热器的类型及流体走向 卧式固定管板式换热器 水蒸汽走壳程，苯走管程 不需要进行热补偿 不需要加折流挡板 p269-271 date7 化工原理教研室 齐鲁工业大学 三、工艺计算 1、热负荷即传热速率q 2、平均温度差tm 3、选k值，估算传热面积a初 date8 化工原理教研室 齐鲁工业大学 1、热负荷即传热速率q date9 化工原理教研室 齐鲁工业大学 2、平均温度差tm 由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以 把两流体的平均温度差看作是逆流来 计算 （双管程） date10 化工原理教研室 齐鲁工业大学 3、选k值，估算传热面积a初 根据条件k值在5801160 w/m2 （k 680w/m2） 选用安全系数选用安全系数1.151.151.251.25 a a初 初 aa date11 化工原理教研室 齐鲁工业大学 四、换热器尺寸的初步确定 确定管程结构尺寸 壳程设计数据 换热器长径比 date12 化工原理教研室 齐鲁工业大学 1、确定管程结构尺寸 管子规格 初步设计总管数 校核流速、确定管程 管间距及排列方式 date13 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （1）管子规格 库存252.5mm，l3.0m的光滑碳 钢钢管 取管内苯的流速为u2 （0.60 m/s） 苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s date14 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （2）初步设计总管数 n” n” 根根三角形排列管数三角形排列管数 ， 3 3a a 2 2 +3a+1+3a+1 圆整圆整 n”n” date15 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （3）校核流速、确定管程 管程管程 （一般双管程（一般双管程） date16 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （4）管间距及排列方式 管间距t（1.251.3）d0 采用三角型排列 根据总管数n”确定层数a， 是否弓形排管，确定nt 最外层六角形对角线上管数 ntb2a+1 采用胀管法排列 date17 化工原理教研室 齐鲁工业大学 2、壳程设计数据 壳体内径 dt（ntb1）+ 2 b t 管间距 ntb 最外层六角形对角线上管数 b 六角形最外层管中心到壳体 内 壁距离，取b（11.5）d0 壳体内径标准圆整到dmm date18 化工原理教研室 齐鲁工业大学 中心拉杆n3根 直径12mm 双管程隔板少排ntb根 实际管数nntntbn3 双管程，每程n/2根排列管子 实际流速 ，与初设苯流速u2 校核 date19 化工原理教研室 齐鲁工业大学 3、换热器长径比 确定长径比的取值范围 date20 化工原理教研室 齐鲁工业大学 五、校核计算 1、校核总传热系数k值 2、校核壁温tw 3、校核传热面积a date21 化工原理教研室 齐鲁工业大学 1、校核总传热系数k值 管内对流传热系数2 管外对流传热系数1 污垢热阻及管壁热阻 date22 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （1）管内对流传热系数2 被加热被加热 date23 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （2）管外对流传热系数1 n n为水平管束垂直列上的管数为水平管束垂直列上的管数 弓形排管弓形排管n n8 8，弓形不排管弓形不排管n n7 7 假设管外壁温假设管外壁温t t w w （115.6115.6） date24 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （3）污垢热阻及管壁热阻 苯侧污垢热阻rs21.7610- 4m2/w 蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小， 水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计， 碳钢钢管的导热系数45 w/m2 date25 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （4）校核k值 以外表面计算： 计算计算k k值与原设值值与原设值k k初 初比较 比较 使相对误差使相对误差5%5% date26 化工原理教研室 齐鲁工业大学 2、校核壁温tw 结果与原假设值tw校核 （tw115.6 ） date27 化工原理教研室 齐鲁工业大学 3、校核传热面积a 水蒸汽侧 ts不变， 一壳程双 管程换热 器平均温 度差与逆 流平均温 度差相等 。 date28 化工原理教研室 齐鲁工业大学 实际所需面积 实际提供面积实际提供面积 余度余度 date29 化工原理教研室 齐鲁工业大学 六、进出口管径 苯进口管、出口管 水蒸汽进口管径 冷凝水排出口 date30 化工原理教研室 齐鲁工业大学 1、苯进口管、出口管 取进口流速u01m/s 进口直径 选用无缝热轧钢管（选用无缝热轧钢管（yb231-64yb231-64） （1504.5mm1504.5mm，长长200200mmmm） date31 化工原理教研室 齐鲁工业大学 2、水蒸汽进口管径 蒸汽用 量 富裕量富裕量3 3 蒸汽体积流量蒸汽体积流量 v vgg 取蒸汽流速取蒸汽流速uu20 m/s20 m/s 选用无缝热轧钢管（选用无缝热轧钢管（yb231-64yb231-64） （2196mm2196mm，长长200200mmmm） date32 化工原理教研室 齐鲁工业大学 3、冷凝水排出口 选用水煤气管 42.253.25mm，长 100mm date33 化工原理教研室 齐鲁工业大学 七、校核流体压力降 管程总压力降 壳程压力降 壳程是饱和水蒸汽冷凝， 阻力很小，不校核其压力降。 date34 化工原理教研室 齐鲁工业大学 q管程总压力降 （p272） 总压力降计算公式 每程直管压力降每程直管压力降 每程局部阻力引起的压降每程局部阻力引起的压降 校校 核核 ppt t 3.010 3.010 4 4 papa date35 化工原理教研室 齐鲁工业大学 管内径; 管长 管程结垢校正系数， 三角形为1.5， 正方形为1.4； 壳程数，1； 一壳程的管程数，2 。 参数说明参数说明 date36 化工原理教研室 齐鲁工业大学 q 计 算 取取0.2mm0.2mm，/d=0.01/d=0.01 查图可知查图可知 （化工原理上册（化工原理上册p43p43图图1 12828） date37 化工原理教研室 齐鲁工业大学 八、换热器尺寸及附属部件 管间距： t32.5mm 壳体直径：60010mm，内径d 580mm 壳体材料：碳素钢a3f，钢板卷焊 管子尺寸：252.5mm，l3.0m， n164根，双管程 布管图 见图纸2-2。 date38 化工原理教研室 齐鲁工业大学 6、管板 (1)管板材料：选用碳素钢a4。 (2)管子在管板上的固定方法：焊接 (3)管板尺寸：pg16kgf/cm2， （见讲义p66表4-8 ） (4)管板与壳体的连接： 采用法兰连接，拆开顶板可检修或 清理管内污垢，法兰尺寸见讲义p111 115图463及表427。 date39 化工原理教研室 齐鲁工业大学 （5）管板与分程隔板的连接:采用单层隔板， 隔板材料与封头材料一致，厚度s10mm。 （见讲义p77表419） date40 化工原理教研室 齐鲁工业大学 7、封头与管箱 封头与管箱位于壳体的两端。 （1）封头的选择：选用椭圆形封头， dg60010mm gb115473 （2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边 高度40mm。（讲义p142附表12） 管程接口管与封头为焊接，封头与壳 体为法兰连接，法兰尺寸与上同。 date41 化工原理教研室 齐鲁工业大学 管程进出口接管直径：选用无缝热 轧钢管（yb231-64）1524.5mm 长200mm。 支座的公称直径dg600mm，每个支 座承受的载荷为36.8吨，材料采用 a3f碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸 见讲义p117图428b，表428） 整个换热器采用卧式安装，安装图 见图纸21。 date42 化工原理教研室 齐鲁工业大学 九、参考资料 列管式换热器及其设计（讲义 ） 山东轻工业学院，化工原理 教研室编，1987年。 化工原理上册 化学工 业出版社，谭天恩主编，1990年。 基础化学工程 上海科 学技术出版社，编写组，1980年。 date43 化工原理教研室 齐鲁工业大学 十、对一些问题的说明 q列管式换热器是目前化工生产中应用 最广泛的一种换热器，它的结构简单 、坚固、容易制造、材料范围广泛， 处理能力可以很大，适应性强。但在 传热效率、设备紧凑性、单位传热面 积的金属消耗量等方面还稍次于其他 板式换热器。此次设计所采用的固定 管板式换热器是其中最简单的一种。 date44 化工原理教研室 齐鲁工业大学 q由于水蒸汽的对流传热系数比苯 侧的对流传热系数大得多，根据 壁温总是趋近于对流传热系数较 大的一侧流体的温度实际情况， 壁温与流体温度相差无几，因此 本次设计不采用热补偿装置。 date45 化工原理教研室 齐鲁工业大学 thanks attent