化工原理课程设计之列管式换热器设计步骤.ppt

2020年1月25日星期六 1 列管式换热器设计 化工原理课程设计 2020年1月25日星期六 2 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 25 2 5mm 长6m的碳钢钢管 2020年1月25日星期六 3 设计内容 设计说明书布管图187169127装配图187169 2020年1月25日星期六 4 设计说明书 封面目录设计任务书前言设计计算过程附表及相关机械元件尺寸设计说明 2020年1月25日星期六 5 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 校核计算六 进出口管径七 校核流体压力降 2020年1月25日星期六 6 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 2020年1月25日星期六 7 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 2020年1月25日星期六 8 三 工艺计算 1 热负荷即传热速率Q2 平均温度差 tm3 选K值 估算传热面积A初 2020年1月25日星期六 9 1 热负荷即传热速率Q 2020年1月25日星期六 10 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 2020年1月25日星期六 11 3 选K值 估算传热面积A初 根据条件K值在580 1160W m2 K 680W m2 选用安全系数 1 15 1 25A初 A 2020年1月25日星期六 12 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 2020年1月25日星期六 13 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 2020年1月25日星期六 14 1 管子规格库存 25 2 5mm L 3 0m的光滑碳钢钢管取管内苯的流速为u0 0 60m s 苯系易燃易爆物流速一般低于1m s 2020年1月25日星期六 15 2 初步设计总管数 n 根 三角形排列管数 3a2 3a 1 圆整n 2020年1月25日星期六 16 127布管图 2020年1月25日星期六 17 169布管图 2020年1月25日星期六 18 187布管图 2020年1月25日星期六 19 3 校核流速 确定管程 管程 一般双管程 2020年1月25日星期六 20 4 管间距及排列方式管间距t 1 25 1 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NTb 2a 1采用胀管法排列 2020年1月25日星期六 21 2 壳程设计数据 壳体内径D t NTb 1 2b 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 1 1 5 d0壳体内径标准圆整到 D mm 2020年1月25日星期六 22 中心拉杆n3根直径 12mm双管程隔板少排NTb根实际管数n NT NTb n3双管程 每程n 2根排列管子实际流速u 与初设苯流速u0校核 2020年1月25日星期六 23 3 换热器长径比 确定长径比的取值范围 2020年1月25日星期六 24 五 校核计算 1 校核总传热系数K值2 校核壁温TW3 校核传热面积A 2020年1月25日星期六 25 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 2020年1月25日星期六 26 1 管内对流传热系数 2 被加热 2020年1月25日星期六 27 2 管外对流传热系数 1 n为水平管束垂直列上的管数弓形排管n 8 弓形不排管n 7假设管外壁温TW 115 6 2020年1月25日星期六 28 3 污垢热阻及管壁热阻苯侧污垢热阻RS2 1 76 10 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 45W m2 2020年1月25日星期六 29 4 校核K值以外表面计算 计算K值与原设值K初比较使相对误差 5 2020年1月25日星期六 30 2 校核壁温TW 结果与原假设值TW校核 TW 115 6 2020年1月25日星期六 31 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 2020年1月25日星期六 32 实际所需面积 实际提供面积 余度 2020年1月25日星期六 33 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 2020年1月25日星期六 34 1 苯进口管 出口管 取进口流速u1 1m s进口直径 选用无缝热轧钢管 YB231 64 150 4 5mm 长200mm 2020年1月25日星期六 35 2 水蒸汽进口管径 蒸汽用量 富裕量3 蒸汽体积流量V G 取蒸汽流速u 20m s 选用无缝热轧钢管 YB231 64 219 6mm 长200mm 2020年1月25日星期六 36 3 冷凝水排出口 选用水煤气管 42 25 3 25mm 长100mm 2020年1月25日星期六 37 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 2020年1月25日星期六 38 管程总压力降 P272 总压力降计算公式 每程直管压力降 每程局部阻力引起的压降 校核 Pt 3 0 104Pa 2020年1月25日星期六 39 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 2020年1月25日星期六 40 计算 取 0 2mm d 0 01 查图可知 2020年1月25日星期六 41 八 换热器尺寸及附属部件 管间距 t 32 5mm壳体直径 600 10mm 内径D 580mm壳体材料 碳素钢A3F 钢板卷焊管子尺寸 25 2 5mm L 3 0m n 164根 双管程布管图见图纸2 2 2020年1月25日星期六 42 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 Pg 16kgf cm2 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 2020年1月25日星期六 43 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s 10mm 2020年1月25日星期六 44 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 Dg600 10mmGB1154 73 2 封头尺寸 曲面高度150mm 直边高度40mm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 2020年1月25日星期六 45 管程进出口接管直径 选用无缝热轧钢管 YB231 64 152 4 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 整个换热器采用卧式安装 安装图见图纸2 1 2020年1月25日星期六 46 九 参考资料 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 2020年1月25日星期六 47 十 对一些问题的说明 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 2020年1月25日星期六 48 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 2020年1月25日星期六 49 ThanksAttention Sc