换热器设计说明书.doc

目 录一 设计任务书2二 热力学计算21 原始数据22 润滑油的物性参数33 传热量34 冷却水物性参数45 平均温差56 估算传热面积及传热面结构57 管程计算88 壳程结构及壳程计算99 需用传热面积1410 阻力计算15三 温差应力校核17一 温差应力17二 热交换器所受应力20三 拉脱力21四 细部结构的设计231接管232 折流板243 法兰244 管法兰245 管箱246 壳体与管板的连接结构257 拉杆与管板、拉杆与折流板的连接结构258 换热管与管板的连接结构259 管箱与管板的密封结构2510 支座2511膨胀节25五 结束语25六 参考文献25一 设计任务书设计题目：管壳式油冷却器设计任务：润滑油处理量： 16Kg/s 润滑油入口温度： 90 润滑油出口温度： 45 冷却水流量： 40Kg/s 冷却水入口温度： 28 冷却水工作压力： P = 0.1 Mpa （表压） 允许最大压力降： 油侧 0.08 Mpa 水侧 0.06 Mpa设计内容：热力计算，阻力计算以及应力计算校核。图纸要求：（1）装配图一张； （2）管板零件图一张二 热力学计算根据已知条件，选用两台型管壳式热交换器串联工作，并选用11号润滑油，由于水的结垢性强，故使其在管程流动；而润滑油较洁净，使其在壳程流动，计算过程和结果列于下表中。1 原始数据项目符号单位计算公式或数据来源数值备注1润滑油进口温度由题意902润滑油出口温度由题意453冷却水进口温度由题意284润滑油工作表压力按资料选取0.65冷却水工作表压力由题意0.16润滑油流量由题意167冷却水流量由题意408油侧允许最大压降由题意0.089水侧允许最大压降由题意0.062 润滑油的物性参数项目符号单位计算公式或数据来源数值备注10润滑油定性温度67.511润滑油比热查物性表2.095512润滑油密度查物性表864.513润滑油粘度查物性表14润滑油导热系数查物性表0.138915润滑油普兰德数389.43 传热量项目符号单位计算公式或数据来源数值备注16热损失系数取用0.9817传热量Qkw1478.64 冷却水物性参数项目符号单位计算公式或数据来源数值备注18冷却水出口温度3719冷却水定性温度32.520冷却水的比热查物性表4.17421冷却水的密度查物性表100022冷却水的粘度查物性表23冷却水的导热系数查物性表0.60124冷却水的普兰德数5.345 平均温差项目符号单位计算公式或数据来源数值备注25逆流时的平均温差31.6626参数P及RPR0.145527温差修正系数由表型公式计算(课本中表1.1)0.92428有效平均温差29.256 估算传热面积及传热面结构项目符号单位计算公式或数据来源数值备注29初选传热系数查参考资料300以外径为准30估算传热面积168.531管子材料选用20#碳钢无缝钢管（查压力容器材料实用手册化学工业出版社）32管程内水的流速选用133管程所需流通截面0.0434每程管数n根12735每程管长lm取标准长4.536管子排列方式选等边三角形37管间距smm由课本表2.33238分层隔板槽处管间距mm由课本表2.34439平行于流向的管距mm27.740垂直于流向的管距mm1641拉杆直径mm由课本表2.6，估计壳体直径在400700mm之间1642作草图43作图结果所得数据六边形层数a一台管子数根254一台拉杆数根由课本表2.76一台传热面积89.7255两台传热面积179.451管束中心至最外层管中心距离m由草图，量得或算出0.28844管束外缘直径m0.60145壳体内径m0.746长径比6.43合理参见2书7 管程计算项目符号单位计算公式或数据来源数值备注47管程接管直径mm按钢管标准取值（GB8163-87）48管程雷诺数2602549管程换热系数4600.58 壳程结构及壳程计算项目符号单位计算公式或数据来源数值备注50折流板形式选定弓形51折流板缺口高度取0.17552折流板的圆心角度12053折流板间距0.354折流板数目块4500/300-11455折流板上管孔数个21556折流板上管孔直径由GB151-890.025457通过折流板上管子数根215-620958折流板缺口处管数根3159折流板直径由GB151-89规定0.695560折流板缺口面积0.07561错流区内管数占总管束的百分数0.69762缺口处管子所占面积0.019363流体在缺口处流通面积0.055764流体在两折流板间错流流通截面积0.067565壳程流通截面积0.061466壳程接管直径mm按计算按GB8163-87取参见2书67错流区管排数排1068每一缺口内的有效错流管排数排5.269旁流通道数070旁通挡板数对选取371错流面积中旁流面积所占分数0.4472一块折流板上管子和管孔之间泄漏面积0.006873折流板外缘与壳体内壁之间泄漏面积0.0031574壳程雷诺数25275理想管束传热因子由课本图2.280.04876折流板缺口校正因子由课本图2.291.0677折流板泄漏校正因子由及查课本图2.300.8378旁通校正因子由及查课本图2.310.9479壳程传热因子0.039780壳程质量流速26181壳侧壁面温度假定4382壁面下煤油粘度查物性表83壳侧换热系数362.49 需用传热面积项目符号单位计算公式或数据来源数值备注84水垢热阻查资料换热器运行导论0.000285润滑油污垢热阻查资料换热器运行导论0.000286管壁热阻略87传热系数287.2488传热面积175.789传热面积之比1.05偏小90检验壳侧壁温与原假定值差0.36度10 阻力计算项目符号单位计算公式或数据来源数值备注91管内摩擦因子查课本图2.350.007392管侧壁温假定4393壁温下水的粘度查物性表94沿程阻力12758两台95回弯阻力8000两台96进出口连接管阻力75097两台管程总阻力21508没有超过规定98理想管束磨擦系数查课本图2.360.6599理想管束错流段阻力973100理想管束缺口处阻力201.27101旁路校正系数查课本图2.380.76102折流板泄漏校正系数查课本图2.370.55103折流板间距不等的校正系数间距相等，不需校正1104壳程总阻力9085.1105两台的壳程总阻力18170.2没有超过规定三 温差应力校核在计算固定管板式热交换器的温差应力时，通常假定：(1) 管子与管板都没有发生挠曲变形，因而每根管子所受应力相同；(2) 以管壁的平均温度和壳壁的平均温度作为每个壁面的计算温度；一 温差应力1壳体壁温度取油的平均温度 管子壁温和的平均值：2管子选用碳素钢弹性模量线胀系数 *查压力容器材料实用手册化学工业出版社3壳体选用20g钢弹性模量线胀系数*查压力容器材料实用手册化学工业出版社4管子自由伸长量12.12（43-20）4.51254.42m壳体自由伸长量=12.84(67.5-20)4.5=2744.55m式中 L -管子和壳体的长度，m; -安装时的温度 取5 壳体壁厚取为8mm管子为规格，故管壁厚为2.5mm则所有管子的断面积为：0.044壳体断面积为：=0.0096 设为管子所受的压缩力与壳体所受的拉伸力，N.由于管子与壳体不能独立自由伸长，而只能共同伸长，因而当时，管子所受到压缩，被压缩之长为（）。而壳体受到拉伸，被拉伸之长为（）。应用胡克定律，可分别求出管子所受的压缩力和壳体所受的拉伸力，显然，这两个力应相等，即 m ; = m;将以上两式合并，整理得：“”代表管子受拉。壳体受压。7 管壁所受拉应力大小为： 壳壁所受压应力大小为： 8 则温差产生的轴向应力为：（压应力），(拉应力)二 热交换器所受应力1设壳侧压力为：管侧压力由已知条件为：0.1mpa=*注:壳侧压力的取用:参见压力容器的安全与强度计算天津科学技术出版社 杨海涛著P121.规定最高压力=1 (1=98066.5Pa0.1MPa)当容积V25升时，V=0.700.740.5=1.731要求设计压力不小于容器的1.051.10倍则0.1156（1.051.10）0.121380.12716取0.6MPa2 由于壳程流体压力作用于管板的净表面上，管程压力作用于两端封头和包括管截面在内的管板上，故其值为： 1.6398，-管子内外径，mn-管子根数3 该轴向力由壳体和管子共同承受，因而壳体所受之力与管束所受之力的合应力等于；又由于壳体与管子的应力分配与弹性模量成正比，故壳体应力 管子应力4 由前面的计算知，即壳体膨胀量大于管子膨胀量那么：结合温度应力和，则壳体轴向合成应力：-33.94-530.8-496.86（受压）管子轴向合成应力：+30.33+108.58138.33（受拉）三 拉脱力一般压力低于4和温度低于300的条件下，管子在管板上的固定可采用胀管法。胀管法通常能保证连接的严密性，同时也易于更换损坏的管子。在压力与温差的联合作用下，管子中所产生的应力为，则管子拉脱力q为管子合成应力，；单根换热管管壁的横截面积，*查压力容器手册劳动人事出版社 换热管壁厚胀接深度或焊接高度，m*查压力容器手册劳动人事出版社 B管板厚度，取B38mm当设计压力0.6时，管板孔内径可不开槽。若计算出的拉力超出允许范围，则需采用相应措施以减少拉脱力，如加装膨胀节。*查压力容器手册劳动人士出版社当采用胀接法时，管端不卷边，管板孔不开槽胀接，取许用拉脱力q0.2。则由计算知q=8.9q。说明从拉脱力这方面而言应加装膨胀节。四，热补偿措施。本设计中采用膨胀节来进行热补偿。膨胀节的作用主要是补偿轴间位移，他的特点是受轴向力厚容易变形，从而降低壳体和管子的温差应力，对于一台受内压力的热交换器，如果下列三个条件有一个不满足，就应设膨胀节，即：式中壳体，管子的轴向总应力，；壳体，管子材料的许用应力，；焊接系数；q许用拉脱力，；*查压力容积手册劳动人事出版社，20g钢=235/2=117.5;20#钢=245/2=122.5;焊缝系数的选取*查压力容积手册劳动人事出版社，P12取0.70（单面焊对接焊缝，无垫板）则 综上：本设计中需加膨胀节。四 细部结构的设计1 接管管程接管 壳程接管根据GB151-1999管壳式换热器的规定，接管高度均为200mm；管程接管位置L1 取200mm； 管箱接管位置L2 取280mm2 折流板采用弓形折流板，间距30mm，内径695.5mm，折流板角度120度折流板的厚度4mm，折流板数量14个折流板的布置（无防冲板时）3 法兰采用B-700-16 GB9115.17-88型法兰4 管法兰根据GB151-1999管壳式换热器的规定，采用与B-700-16 GB9115.17-88型法兰配套的A-700-16 GB9115.17-88型管法兰，厚度38mm5 管箱内径700mm，长度4500mm6 壳体与管板的连接结构采用焊接7 拉杆与管板、拉杆与折流板的连接结构采用拉杆定距管结构8换热管与管板的连接结构采用胀接9 管箱与管板的密封结构采用焊接10支座据JB1167-81取用A型带加强垫板鞍式支座11 膨胀节选用ZD型波形膨胀节 五 结束语换热器课程设计结束了，在这两周里我确