毕业设计（论文）-流量为200th双管程固定管板式换热器设计（全套图纸）

课题名称 流量为200t/h双管程固定管板式换热器 设计者 宋雅诗 图号 GK3122020118-01 设计参数 管口表 容器类别 符号 公称尺寸 用途或名称 参数名称 壳程 管程 a 450 进油管 工作压力 MPa 1.6 2 b 450 出油管 设计压力 MPa 1.65 2.5 c 200 热水出口 工作温度 25 90 d 设计温度 150 95 e 20 放气口 介质 油 水 f 20 放气口 介质特性 h 200 冷水进口 推荐材料 Q345 20 钢 g 20 排液口 腐蚀余量 mm 2 0.3 m 20 排液口 焊接接头 系数 0.85 0.85 程数 1 2 传热面积 465 465 换热管 推荐尺寸 管子与管板 连接方式 强度焊接 强度 焊接 设计参数： 壳程：壳程介质为热油，由 25加热到 70； 管程： 管程为水，入口温度为 160，出口温度为 90；流量为 200t/h 结构为固定管板式换热器 内容摘要内容摘要 本设计为固定管板式换热器，由管箱、壳体、管板、管子等零部件组 成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径情况下面积较大制造较简 单。本设计采用单壳程，双管程。管程工作压力 2MPa，工作温度 90 摄氏度，介质为水。壳程工作压力 1.6MPa，工作温度 70 摄氏度，介质 为油。 全套图纸，加 153893706 固定管板式换热器的设计包括：管子的规格和排列方式、圆筒、封头、 管板的材料选择及厚度设计，拆流板、防冲板的选择等。首先管子的 选择是以清洗方面及合理使用管材为原则。管子在管板上的排列方式 为三角形排列。因为三角形排列时，管板的强度高、流体短路机会少， 且相同管程内可排列更多的管子。壳体厚度计算式是由圆筒薄膜应力 准则推导出的。其最小壁厚应不小于封头内径的 0.15%。管板是管壳式 换热器中最重要的部件之一，在选材时除力学性能外，还应考虑流体 的腐蚀性的影响。在计算厚度时，要在满足强度要求的前提下，尽量 减少管板的厚度。拆流板最常用的为圆缺型挡板，切去的弓形高度一 般取外壳内径的 20%25%。 关键字：关键字： 换热器 管板 Abstract Change a hot machine, is hot parts of calorieses of the fluid deliver to the equipments of cold fluid, and then call a heat exchanger.Changing the hot machine is the in general use equipments of chemical engineering, petroleum, power and food and other many industrial sections, occupy an important position in the production.Produce in the chemical engineering in change hot machine as heating apparatus, water cooler, congealed machine, evaporate a machine and again Fei machine etc., apply more extensively. This design topic floats a type to change for the 105 ts/h vapor- water for the discharge hot machine, float a type to change hot machine of a carry to take care of plank and hull body fix, but another one the tube plank carrying can float in the hull freedom inside the body, hull body and control free to inflation, past be two difference in temperatures that lie quality more big, control to produce a difference in temperature in response to the dint with of hull bodies not.Float a head to carry to design can dismantle structure, making to control can easily insert or draw out a hull body.(Can also design can not dismantle of).Fix, cleaned to provide convenience for check like this.But should change hot machine structure more complicated, and float to carry a small cover can not know to reveal a circumstance while operating, consequently need to specially notice it to seal completely while installing. The floating the advantage that a type changes a hot machine can draw out for controling and clean a tube, hull distance by convenience;Lie a quality difference in temperature to be free from restriction;Can under the heat, high pressure work, the general temperature is smaller than to equal 450 degrees, the pressure is smaller than to equal 6,400,000,000,000 Pas;Can used for knotting the dirt more serious situation;Can used for taking care of a distance to easily decay situation.The weakness leaks for being small to float inside easy occurrence;Metal material consumes to have great capacity, the cost is 20% in height;The structure is complicated. Compute in the traditional craft in include to transmit heat an area calculation, spread a calories calculation and transmit heat coefficient to really settle and change hot path inside the tube and change hot tube model number of choice, and transmit heat coefficient, press to decline and checking of wall calculate etc. problem. In strength compute win main discussion of is a tube body, tube box and head, take care of plank thickness calculation and fold to flow plank, method orchid and mat a slice and connector and, box off the design of zero partses like plank,etcs, also need to carry on some strength pit in the school.Have to consider floating path Do outside a tube knothole while designing.Its outside paths turn to should be smaller than path Di inside the hull body, generally recommend float mural the cleft inside a tube plank and hull body b 1=35 mms.Like this, after being the hook turn of floating a to tore down, can immediately will control from the hull body inside draw out.In order to in carry on check to fix, clean.Float the cranium just can carry on assemble after controling to pack into, so should consider promising to float necessary space for cranium to assemble in the design. This design is according to the GB151 tube hull the type change hot machine and the GB150 the steel system pressure container design.Change the hot machine is in each realm of work, agriculture should carry very extensively, in the daily life transmit heat an equipments also everywhere it is thus clear that, is one of indispensable craft equipmentses. Key word: Change a hot machine; Float to take care of plank; Transmitheat a calculation; The strength school checks 目 录 第一章 综述 1 1.1 引言 . 1 1.2 结构 2 1.3 类型 3 1.4 非金属材料换热器 3 1.4.1 流道的选择 3 1.4.2 操作强化 4 1.5 近期国内外开发研究的发展方向 4 第二章 工艺计算说明书 9 21 原始数据 . 9 22 定性温度及物性参数 . 9 23 传热量与油流量 . 10 24 有效平均温差 . 10 25 管程换热系数 . 10 26 结构的初步设计 . 11 27 壳程换热系数计算 . 11 28 传热系数计算 . 12 29 管壁温度计算 . 12 第三章 结构设计说明书 12 31 换热管材料及规格的选择和根数的确定 . 12 32 布管方式的选择 . 13 33 筒体内径的确定 . 13 35 封头形式的确定 . 14 36 管箱短节壁厚计算 . 15 37 容器法兰的选择 . 15 第四章 管板尺寸的确定及强度计算 17 41 筒的计算 . 17 42 对于延长部分兼作法兰的管板的计算 . 18 43 假定管板的厚度计算 . 21 44 G2值的取得 24 45 法兰厚度的计算 . 24 46 法兰力矩的的危险组合 . 25 461 只有壳程设计压力 Ps，而管程设计压力 Pt=0，不计膨胀节变 形差（即 r=0）。 25 4.6.2 只有壳程设计压力，而管程设计压力 Pt=0，并且计入膨胀变 形差。 . 26 4.6.3 只有管程设计压力 Pt，而壳程设计压力 Ps=0，不计膨胀节变 形差时： . 28 4.6.4 只有管程设计压力 Pt，而壳程设计压力 Ps=0，同时计入膨胀 变形差时 . 29 4.6.5 由管板计算厚度来确定管板的实际厚度 30 4.7 是否安装膨胀节的判定 31 4.8 折流板尺寸的确定 31 4.9 各管孔接管及其法兰的选择 31 4.10 设备法兰的选择 . 33 4.11 拉杆和定距管的确定 . 35 4.12 开孔补强计算： . 36 4.13 筒体管箱耐压试验的应力校核计算 . 38 4.14 支座的选择及应力校核 . 39 4.14.1 支座的选择 . 39 4.14.2 鞍座的应力校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参 考 文 献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 1 第一章 综述 1.1 引言引言 换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化 、冶金、电力、 船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。进入80 年代以来，由于 制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的 节能设计和应用越来越引起关注。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制 造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温 度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温 度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间 改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。 按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热 器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称 表面式换热器，这类换热器应用最广。 目前在发达的工业国家热回收率已达96 % ,换热设备在石油炼厂中约占全部 工艺设备投资的35 %40 %。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势, 约70 %。其 余30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备, 其中板式、板翅式、 热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化, 并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热 器的发展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技术、强化传热技术 及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。 换热器是是传热流体与冷流体设备，换热器，也被称为热交换器的一部分 各类类型的热交换器作为一个过程中必不可少的设备，广泛应用于化工，制药， 电力，冶金，交通，制冷，轻工等行业。这取决于如何生产工艺和生产规模，设 计投资，能耗低，传热效率高的过程中，维护热交换器，旨在提高技术水平的容 易具有十分重要的意义。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 2 热交换器的分类 由于制造工艺和科学水平，早期的热量只有一个简单的结构，并且一个小的 传热面积，体积庞大和笨重，如蛇管式换热器的限制。随着制造工艺的发展，逐 渐形成一个管壳式换热器，它不仅具有较大的单位体积的传热面积和传热效果也 不错，很长一段时间，成为在工业生产中的热的典型变化。 20 世纪 20 年代出现板式换热器，并在食品工业中使用。与代管制成，结构 紧凑，传热效果好，从而逐渐发展成为各种形式的板式换热器。 30 年代初，瑞典 首次成螺旋板式换热器。那么英国的法律体系营造钎焊铜及铜合金由冷却飞机发 动机的板翅式换热器制造。 30 年代后期，瑞典创造了纸浆厂第一壳式换热器。在 此期间，为了解决强腐蚀性介质的散热问题，人们的新材料开始关注到热交换器。 1.2 结构结构 由壳体，换热管，管板，由折流板（挡板）和管箱和其它部件。多圆柱形 壳体，与内部的管束，管束两端固定在管板上。在管道中流动的两个热和冷 的热交换流体，被称为管流体;在另一流管，称为壳侧流体。以提高传热系数 管流体，安装于所述壳体通常是几个挡板。快门速度可以提高流体的外壳， 迫使流体从束所需的多个横向，增强流体湍流程度。在管板管可设置在等边 三角形或正方形。安排在一个更加紧凑，管外流体的湍流，传热系数高度等 边三角形;外管易于清洁，方便适用流体结垢方安排。 以提高在管中的流体的速度，该管可以在分离器室的两端被提供时，整个管 道被分成几组。仅通过该管，该束多次在来回，这就是所谓的多管的这种流 体的一部分。同样地，为了增加外管的流率，所述纵向挡板可以安装在外壳 中，从而迫使流体通过几种已知的多壳的容纳空间。多管壳，并且可以与多 个应用程序中使用。通过管束每一次所谓的流体;每一次由壳称为 shell。图示 为最简单的单壳单管式换热器，换热器简称为 1- 1。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 3 1.3 类型类型 因为流体，所述壳体和所述热交换管束的随之而来的温度的类型的内管 和外管的温度是不同的。如果两个温度相差很大，就会有该热交换器内的显 著热应力，从而导致管的弯曲，断裂，或从管板拉断。因此，当管束与壳体 温 固定管板换热器管的管板和壳体的两端成一体，结构简单，但只适用 于冷热流体和壳式换热器温差小操作，无机械清洗时间。当外壳与压力之间 的温度差不稍微高，弹性补偿环安装在壳体，以减少热应力上。 式换热器管在管板的一端可以是自由浮动的，完全消除了热应力;并且 整个束可从壳体中移除，以促进机械清洁和保养。广泛使用式换热器，但结 构较复杂，成本较高。 U 型管换热器管是每个弯曲成 U 形管两端分别固定于下两个领域相同 的电路板，由舱壁成进出口商会内管的手段。这样的热交换器被完全消除应 力，浮动磁头结构较简单，容易清洗管。 1.4 非金属材料换热器非金属材料换热器 热的腐蚀性化学品生产流体，需要使用陶瓷，玻璃，聚四氟乙烯，石墨 和管壳式换热器的其它非金属材料制成。这类换热器的性能差，仅对于低压 力，振动，温度低的应用程序。 1.4.1 流道的选择流道的选择 热和冷的热交换流体，根据以下原则来选择通道：不洁应该去易结垢流 体管，因为管清洗更方便; 腐蚀性流体宜走管，使管束与壳体而腐蚀; 高 流体压力管应该去，以避免在压力下的情况; 应的饱和蒸汽，蒸汽冷凝传 热系数的壳由于流速是独立的，且易于冷凝液排出; 如果两种流体大的固 定管板式换热器的选择，之间的温差应使流体的传热系数去大壳，以减少热 应力。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 4 1.4.2 操作强化操作强化 当壁传热的两侧系数相差很大时（换热器，诸如之间的液体和气体粘度 小），应尽量减少对低热阻侧的传热系数。如果外热管的系数很小，雄性， 可以使用（低翅片管），流体，以增加传热面积和紊流管的外侧，降低了热 阻。如果将内管的传热系数小，可以设置捻铁，螺旋线圈和其它添加剂中的 管，以提高内管的扰动，强化传热，当然，然后该流体的流动阻力也将增加。 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器 过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。 4、蒸发器 蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。 三、按换热器的结构分类 可分为：式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等。 1.5 近期国内外开发研究的发展方向近期国内外开发研究的发展方向 1.非金属材料应用。非金属材料在一定的范围内具有金属材料不可比拟的优点。 石墨材料具有优良的导电、导热性能,较高的化学稳定性和良好的机加工性,氟塑 料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强,并且与金属材料相比还具有 成本上的优势。复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电 绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点,已经用于制作换热产品。陶瓷材料因其 优异的耐腐蚀性、耐高温性能而引起工业界的高度重视,已经在换热产品的制造中 得到应用。 2.计算流体力学和模型化设计的应用。在换热器的热流分析中,引入计算机技术, 对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热 流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真,以及 对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上,在换热器的模 型设计和设计开发中,利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据,使用计算机 对换热器进行更为精确和细致的设计。 3.加强实验和理论研究。采用先进的测量仪器来精确测量换热器的流场分布和温 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 5 度场分布,并结合分析计算,进一步摸清不同结构的强化传热机理。采用数值模拟 方法对换热器内流体流动和传热过程进行研究,预测各种结构对流场及传热过程 的影响。 4.有源技术研究。如利用振动、电场方法强化传热的机理研究、试验研究,给出对 比试验数据,提出理论计算模型。 5.强化结构组合研究。为达到管壳程同时强化的目的,强化结构组合研究将成为近 期传热强化技术研究的发展方向。 6.气动喷涂 7.俄罗斯提出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表面的性能。其实质 是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方 法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷(金属陶瓷混合物)， 从而得到各种不同性能 的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为 了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂 ac铝， 并添加了 24a 白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的 接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是：气动喷涂 翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基部(管子) 与表面(翅片)的过渡区进行了金相结构分析。 8.对过渡区试片的分析表明，连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以， 气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体 的渗透，这就说明了附着强度高，有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不 但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上， 也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换 热器的生产中，将会得到广泛应用。 9.螺旋折流 10.在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成 曲折的流道系统(z 字形流道)，这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死 角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。 其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换 热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代(如紧凑型板式换 热器)。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 6 和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通折流板设计 的主要缺点依然存在。 11.为此，美国提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性 已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克 服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单：将圆截面的特制板 安装在“拟螺旋折流系统”中， 每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一， 其倾 角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接， 与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得 到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的 灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板 或是双螺旋折流板结构。 12.麻花管 13.瑞典 alares 公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿 的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进 后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步， 它获得了如下的技术经济效益：改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了 成本，无振动，节省了空间，无折流元件。 14.由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热 器总传热系数较常规换热器高 40%，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用 螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照 asme 标准制造。凡是用管壳式换热 器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式 传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。 15.螺旋管式 16.在管子上缠绕金属丝作为筋条(翅片)的螺旋管式换热器， 一般都是采用焊接方法 将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响，因为钎 焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。 更重要的是， 由于焊料 迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞，随之提前报损。 17.螺旋板式 18.螺旋板式换热器 19.传热元件由螺旋形板组成的换热器。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 7 20.螺旋板式换热器是一种高效换热器设备，适用汽汽、汽液、液液，对液 传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦 化等行业。按 结构形式可分为 不可拆式（型）螺旋板式及可拆式（型、 型）螺旋 板式换热器 21.螺旋板式换热器结构及性能 22.本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全 逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效 果。 23.在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的， 液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较 高的传热能力。 24.I 型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封， 因而具有较高的密 封性。 25.II 型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通 道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。 26.III 型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道 可拆开清洗，适用范围较广。 27.单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规 定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一 个通道串联。 28.变声速压 29.变声速增压热交换器即两相流喷射式热交换器，广泛适用于汽水换热的各个 领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力，通过汽水压缩 混合，使水温瞬时升高，利用压力激波技术达到无外力增压的效果，显著的节能 和增压特点大大降低了用户使用成本，可取代传统的热交换器。 30.变声速增压热交换器是一种混合型汽水换热设备，蒸汽经过绝热膨胀技术处 理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混 合，形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物，当其瞬间压缩密度达到一定值 时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下，该混合物的声速值出现突破声障 临界的过渡性转变，同时爆发大量压力激波，压力激波单向传导特性使瞬间达到 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 综述 8 设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交 换技术是以两相流体场的有序激化强制完成瞬时换热+无外力增压双效应。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算说明书 9 第二章第二章 工艺计算说明书工艺计算说明书 21 原始数据原始数据 管程水的进口温度 t1=160 管程水的出口温度 t1=90 管程水的工作压力 P1=2MPa 壳程油的入口温度 t2=25 壳程油的出口温度 t2=70 壳程油的出口压力 P2=1.6MPa 壳程油的流量 G1=200000kg/h 22 定性温度及物性参数定性温度及物性参数 管程水定性温度 t1=125 管程水密度查物性表得1=945kg/m 3 管程水比热查物性表得 Cp1=4.24KJ/（Kg ） 管程水导热系数查物性表1=0.685 管程水粘度1=0.2710 -3Pas 管程水布朗特数查物性表得 Pr=1.4 壳程油定性温度 t2=47.5 壳程油比热查物性表得 Cp2=2.1KJ/（Kg ） 壳程油密度查物性表得2=800 kg/m 3 壳程油导热系数查物性表得2=0.13W/（m ） 壳程油粘度2=0.9110 -3Pas 壳程油布朗特数查物性表得 Pr=16.1 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算说明书 10 23 传热量与油流量传热量与油流量 取定换热效率=0.98 则设计传热量 Q= G1Cp1 （t1- t1）1000/3600 =2000004.24（90-20）0.981000/3600=1.61610 7W 由 Q=G2Cp2（t2- t2） 导出油流量 G2 得 G2=66.456kg/s 24 有效平均温差有效平均温差 tm=（t2- t1）-（t1- t2）/（t2- t1）/（t1- t2） =（70-90）-（90-25）/（70-90）/（90-25）=62.2 参数：P=（t1-t2）/（ t1- t2）=（90-145）/（20-145）=0.44 参数：R=（t1- t1）/（t2- t2）=（20-90）/（90-145）=1.2727 换热器按单壳程 2 管程设计则查得 管壳式换热器原理与设计 P21 温差校正系数=0.78 有效平均温差： nn t=t=0.8862.2=48.516 25 管程换热系数管程换热系数 初选传热系数 K0=240（m2K） 则初选传热面积为：）tK（ /F m00 =5.36910 6/（24048.516）=461.1m2 选用252.5 的无缝钢管做换热管。 则：管子外径 d0=25mm 管子内径 di=20mm 管子长度 L=6000mm 则 需 要 换 热 管 根 数 ：）Ld14 3.（ /F=N 00t =461.1/ （ 3.14 0.025 （6-0.05-0.003） ）=988 可取换热管根数为 988 根 则管程流通面积：/4d3.14N/N=a 2 ip1 =998/23.140.02 2/4=0.155m2 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算说明书 11 管程流速：）3600a（ /G= 111 =200000/（9450.1553600）=0.379m/s 管程雷诺数：=/d=Re 1i111 9450.3790.02/（0.2710 -3）=26530 管程传热系数（化工原理 P248） 386.72=1.4239100.685/0.020.023=PrRe/D0.023= 0.4 0.8 0.4 1 0.8 1i11 26 结构的初步设计结构的初步设计 查 GB151-1999 知管间距按 1.25d0取 管间距 s=0.032m 管束中心排管数；Nc=1.1Nt=1.1988=34 根 则壳体内径： 0i 4d+）1-Nc（s=D=0.032（34-1）+40.025=1.156m 筒内径：Di=1.2m 则长径比：L/Di=6/1.2=5 合理 折流板选择弓形折流板： 弓形折流板的弓高：h=（0.2-0.45）Di=0.25 1.2=0.3 折流板间距：B=Di/3=1.2/3=0.4 折流板数量 Nb=L/B-1=6/0.4-1=14 块 27 壳程换热系数计算壳程换热系数计算 壳程流通面积：0.105=）20.025/0.03-1（1.20.4=）/sd-1（DB=f 012 壳程流速：）f（ /G= 2222 =66.5/（8000.105）=0.791 壳程质量流速： 222 =W=8000.791=632.8 壳程当量直径：）dN（ /）dN-D（ =d 0t 2 0t 2 ie =（1.2 2-988 0.0252）/（9880.025）=0.03 壳程雷诺数 2e22 /d=Re=8000.790.03/9110 -5=20835 切去弓形面积所占比例按 h/Di=0.3/1.2=0.25 传热因子 L/de=6/0.03=200 得 Js=56 管外壁温度假定值：tw2=40 壁温下水的粘度：w=6210 -5Pas 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算说明书 12 粘度修正系数 0.14 w122 ）/（ =（91/62） 0.14=1.05 壳程传热系数 /3/dePr= 122 Js =0.13/0.03* 16.11/3*1.05*56=643 28 传热系数计算传热系数计算 查 GB-1999 第 138 页可知 油侧污垢热阻：r2=0.000172（m 2 /W） 管程水污垢热阻：r1=0.000176（m 2 /W） 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计 可以计算出总传热系数262.6=）/dd1/+/ddr+r+1/（1/=K i01i0122i 则传热面积比为 Ki/K0=262.6/240=1.09（合理） 29 管壁温度计算管壁温度计算 管外壁热流密度计算）LdN（ /Q=q 0t02 =27.0810 6/（9883.140.025 6）=58193W/m 2 管外壁温度：）r+1/（q-t=t 2222w2 =55- 58193（1/643+0.000172）=39.7 误差校核 tw2- tw2=39.7-40=-0.3误差不大 合适 第三章 结构设计说明书 31 换热管材料及规格的选择和根数的确定换热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公 式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 252.56000 3 传热面积 A m 2 A=Q/Ktm 465 4 换热管根数 N 根 N=A/3.14dL 988 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 结构设计说明书 13 32 布管方式的选择布管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计 算 数值 1 转角正三角 形 GB151-1999 图 11 2 换热管中心 距 S mm GB151-1999 表 12 32 3 隔板槽两侧 相邻管中心 距 Sn mm GB151-1999 表 12 44 33 筒体内径的确定筒体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 换 热 管 中 心距 S mm GB151-1999 表 12 32 2 换 热 管 根 数 Nt 根 Nt=A/3.14dL 988 3 管 束 中 心 排管根数 Nc 根 Nc=1.1Nt 34 4 换 热 管 外 径 d0 mm 25 5 到 壳 体 内 壁 最 短 距 离 b3 mm b3=0.25 d0 6.25 6 布 管 限 定 圆直径 d1 mm dL=di-2B3 1143.5 7 筒体内径 di mm di=s（Nc-1）+4d 1156 8 实 取 筒 体 公称直径 D mm JB/T4737-95 1200 34 筒体壁厚的确定筒体壁厚的确定 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 结构设计说明书 14 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 计算压力 Pc MPa Pc=1.1P 1.65 2 筒体内径 di mm 见三-8 1200 3 筒体材料 20R 4 设计温度下 筒体材料的 许用应力 t MPa GB150-98 150 5 焊接接头系 数 0.85 6 筒体设计厚 度 mm =PcDi/（2 t -Pc） 7.8 7 腐蚀裕量 C2 mm 2 8 负偏差 C1 mm 0 9 设计厚度 d mm d=+ C2 9.8 10 名义厚度 n mm GB151-1999项 目 5.3.2 14 35 封头形式的确定封头形式的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 封头内径 Di mm 1200 2 计算压力 Pc MPa Pc=1.1P 2.5 3 焊接接头系 数 0.85 4 设计温度下 许用压力 t MPa GB151-1999项 目 5.3.2 150 5 标准椭圆封 头计算厚度 mm =PcDi/（2 t -0.5Pc） 11.8 6 腐蚀裕量 C2 mm 2 7 负偏差 C1 mm 0 8 设计厚度 d mm d=+C2 13.8 9 名义厚度 n mm GB151-1999项 目 5.3.2 14 10 直边高度 h mm JB/T4737-95 40 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 结构设计说明书 15 36 管箱短节壁厚计算管箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 计算压力 Pc MPa 1.1P=Pc 1.65 2 管箱内径 di mm 1200 3 管箱材料 20R 4 设计温度下 许用应力 t MPa GB150-98 150 5 管箱计算厚 度 mm =Pcdi/（2 t -Pc） 7.8 6 焊接接头系 数 mm 0.85 7 腐蚀裕量 C2 mm 2 8 负偏差 C1 mm 0 9 设计厚度 d mm d=+ C2 9.8 10 名义厚度 n GB151-1999项 目 5.3.2 14 37 容器法兰的选择容器法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 法兰类型 长 颈 对 焊 法 兰 JB/T4703-2000 PN=2.5MPa 2 法兰外径 d0 mm JB/T4703-2000 1395 3 螺 栓 中 心 圆直径 d1 mm JB/T4703-2000 1340 4 法 兰 公 称 直径 dn mm JB/T4703-2000 1200 5 法兰材料 16MnR 6 垫片类型 JB/T4703-2000 PN=2.5MPa 7 垫片材料 GB/T3985-1995 8 垫 片 公 称 直径 dn mm JB/T4704-2000 1200 9 垫片外径 D0 mm JB/T4704-2000 1275 10 垫片内径 D mm JB/T4704-2000 1225 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 结构设计说明书 16 11 法兰厚度 mm JB/T4704-2000 85 12 垫片厚度 1 mm JB/T4704-2000 3 13 螺 栓 规 格 及数量 248M27 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 管板尺寸的确定及强度计算 17 第四章第四章 管板尺寸的确定及强度计算管板尺寸的确定及强度计算 本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即 GB151-1999 项目 5.7 中，图 18 所示 e 型连接方式的管板。 A、 确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的 布管方式；以上项目的确定见项目一至七。 41 筒的计算筒的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 备注 1 筒体内径 di mm 1200 2 筒体内径横截 面积 A mm 2 /4D=A 2 i 1130400 3 筒体厚度 s mm 14 4 圆筒内壳壁金 属截面积 As mm 2 ）+D（=A siss 53367.00 5 管子金属总截 面积 na mm 2 ）-d（n=na tt 156315 6 换热管根数 N 988 7 换热管外径 D mm 25 8 换热管壁厚 t mm 2.5 9 换热管材料的 弹性模量 Et MPa GB150-1998 表 F5 182000 10 换热管有效长 度 L mm 5980 11 沿一侧的排管 数 n 30 12 布管区内未能 被管支撑的面 积 Ad mm 2 ）0.866S-Sn（S n =Ad 17200 13 管板布管区面 积 At mm 2 Ad+0.866nS=At 2 802003 14 管板布管区当 量直径 Dt mm Dt=/At4 1010.77 15 换热管中心距 S mm GB151-1999 32 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 管板尺寸的确定及强度计算 18 16 隔板槽两侧相 邻管中心距 Sn mm GB151-1999 44 17 管板布管内开 孔后的面积 A1 mm 2 A1= At -nd 2/4 802002 18 系数 =A1/A 0.71 19 壳体不带膨胀 节时换热管束 与圆筒刚度比 Q Q=Etna/EsAs 2.71 20 壳程圆筒材料 的弹