列管式换热器设计(2)18页

1、工艺设计书列管式换热器设计摘要：首先，根据设计任务书的要求，结合换热介质的物性标准确定传热器的类型。其次，根据流体流动及传热等章节中关于流动阻力、传热面积的计算，初步确定达到设计要求所要的传热面积，确定传热器的大致尺寸，尔后经过压降校核、传热校核，确定传热器尺寸。最后，通过化工机械设计确定换热器各附件的尺寸。关键词：列管式换热器 设计 任务书 装配图The Design of Tubular Heat ExchangerSummary: First of all, according to the design plan requirements, we can combined with h

2、eat transfer medium of heat transfer properties of the standard to determine the type of device. Second, according to theories of fluid flow and heat transfer calculations on the flow resistance, heat transfer area, we can initially set to meet the heat transfer area of the design requirements, and

3、to determine the approximate size ,and then to determine size after checking the pressure drop, heat transfer. Finally , according to theories of chemical mechanical design ，we can determine the size of all attachments of heat exchangers.Keywords: tube heat exchanger design plan assembly drawing第一部分

4、 化工设备设计任务书一、设计名称：列管式换热器的设计二、设计任务及操作条件： 1、设计任务：处理能力：W S t/a煤油；19.8×105 设备形式：卧式列管式换热器。 2、操作条件煤油：入口温度150，出口温度50；冷却介质：为循环水，入口温度30，出口温度50；允许压降：不大于105Pa；.每天按330天，每天按24小时连续运行。三、设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。附：煤油列管式冷却器的设计工艺计算书第二部分 煤油卧式列管式冷却器的设计工艺计算书一、根据任务要求，确定设计方案1、类型的选择 根据设计要求，由于壳程与管程的温差大于100，故采用浮头式换热器；2、流动路线的

5、确定 为了便于散热，被冷却的煤油应走壳程；3、冷却介质及其物性 按照已知条件给出，冷却介质为循环冷却水，进口温度为30，出口温度为50 ；被冷却的介质为煤油，进口温度为150，出口温度为50。因此平均温度下水和煤油的物性如下表：物性流体定性温度密度kg/m3粘度mPa·s比热容kJ/(kg·)导热系数W/(m·)煤油1007660.5452.380.1042冷却水409940.7194.1740.624、流速的选择 冷却水在管内的流速取0.5m/s 二、初算换热面积1、热负荷及冷却介质的消耗量煤油每小时： 按煤油降温所需计算换热器的热流量：冷却水消耗量：2、计算平

6、均温差，并确定管程选取逆流取向，先按单壳程单管程考虑，计算出逆流平均温差：计算参数P及R：按单壳程双管程结构，查单壳程图，因在图上难以取。由于单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算平均温度差其中，由于校正系数小于0.8，不满足设计要求，故应采用多个相同规格的换热器串联，以代替R，PR代替P，查双壳程图线得。则有3、按经验数值初选总传热系数 选取4、初算所需的传热面积三、主要工艺及结构基本参数的计算1、换热管规格及材质的选择选用的20号无缝钢管，管内流速为0.5m/s。2、换热管数量及长度的确定根据传热管内径和流速确定单程传热管数（根）按双壳程单管程计算所需换热管的长度若采用3m长

7、的管，2管程，则一台换热器的总管数为根3、 管子的排列方式与管板的连接方式的选定采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距，则横过管束中心线的管数（根）取 根4、 计算外壳内直径式中，换热器的内径，mm；b正六角形对角线上的管子数，b= 17； 最外层管子的中心到隔壁边缘的距离，取。故mm圆整后取壳体的内径为700mm。因为长径比，在范围46之内，故合适。5、 画出排管图中心排管有19根时，按正三角形排列,不记折流板弓形部分时可排271根，除去8根拉杆和8根定距管的位置，实际排出管数为255根，与上述计算结果基本相符。因此，实际管子数N=n=255根6、 计算实际传热

8、面积及传热过程的总传热系数7、 折流板直径、数量及有关尺寸的确定查表79得，折流板直径 切去弓形高度 折流板数量取折流板间距 ，那么取整得 块实际折流板间距 8、 拉杆的直径和数量与定管距的选定选用钢拉杆，数量8条。定距管采用与换热管相同的管子，即钢管。9、 列出所设计换热器的基本参数外壳直径： 换热面积： 换热管数目： 管长： 管子规格： 管中心距： 管子排列方式：正三角形管程数： 2壳程数： 2拉杆数： 8根拉杆直径： 折流板数： 块折流板间距： 定距管： 与换热管相同规格通过管板中心的管子数： 10、 阻力损失计算 管程阻力损失管程流通面积 流速 雷诺数 摩檫系数 取钢管的绝对粗糙度，得

9、相对粗糙度根据，查图 ，得管内阻力损失 回弯阻力损失 管程总损失 壳程：折流板间距取计算截面积 计算流速 雷诺数 摩檫系数 折流板板数 块 管束损失缺口损失 壳程损失 核算下来，管程壳程的阻力损失都不超过0.1MPa，又不是太小，适用。11、传热计算管程传热系数。已知雷诺数普兰德数 壳程传热系数。已知雷诺数而 按克恩公式 计算，其中煤油被冷却，小于1，可取0.95故W/传热系数。按管外面积计算，滤去壁厚热阻 比较与，计算结果在理想范围内，故选 择的换热器合适。 四、换热器主要构件尺寸及接管尺寸的确定换热器的主要构件有封头、筒体封头、管板、筒体、折流板（支承板）、支座等。主要接管有：流体进、出口

10、接管、排气管、排液管等。1. 筒体（壳体）壁厚的确定材料选用20R，计算壁厚为 式中 计算压力，取=1.0MPa；=700mm；查表48得，；查附表95得，（设壳壁温度为100）故查表411得，；查表49得，根据换热管内径，圆整后得校核水压实验强度式中（t<200, ）则 而 可见，所以水压水压强度试验足够。2换热器封头选择 上下封头均选用标准椭圆形封头，根据标准，封头为，曲面高度，直边高度，材料选用20R钢。3容器法兰选择 材料选用16MnR。根据标准，选用DN 700，PN 1.6MPa的榫槽密封面长颈对焊法兰。法兰尺寸如下表 单位：mm公称直径DN长颈对焊法兰 PN=1.6MPaD

11、70086081577676676346115353118162612174管板尺寸的确定选用固定换热器管板，并兼作法兰，查相关标准得（取管板的公称压力为1.6MPa）的碳钢管板尺寸，如图所示5流体进、出口接管直径的计算壳程煤油进出口接管，取，那么经圆整采用热轧无缝钢管（YB231-64），实际壳程煤油进、出口管内流速为冷却水进、出口接管，取，那么经圆整采用热轧无缝钢管（YB231-64），实际管程冷却水进、出口管内流速为6、管子拉脱力计算计算数据如下表项目管子壳体操作压力/MPa0.90.9材质20钢20R线膨胀系数/（1/）弹性模量/MPa许用应力/MPa130133尺寸/mm管子根数23

12、5管壳温差/管子与管板连接方式开槽胀接胀接长度/mm43mm许用拉脱应力/MPa4.0在操作压力下，管子每平方米胀接周边上所受到的力其中 温差应力导致管子每平方米胀接周边上所受到的力其中 则 由已知条件可知，与的作用相同，都使管子受压，则管子的拉脱力：因此，拉脱应力在许用范围内。7、计算是否安装膨胀节管、壳壁温差所产生的轴向力压力作用于壳体上的轴向力：其中 则压力作用于管子上的轴向应力：则 根据GB1511999管壳式换热器条件成立，故本换热器不必安装膨胀节。8开孔补强a、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径由已知条件可知壳体的计算厚度，接管的计算厚度为（以冷却水进出口接管为例，由上可知冷却管直

13、径，材质为20号钢管） 式中 计算压力，取=1.0MPa；=133mm；查表48得，；查附表93得，（设壳壁温度为40）计算得 开孔直径为 b、确定课题和实际厚度、开孔有效补强厚度B及外侧有效补强厚度已知壳体的名义厚度，接管名义厚度接管有效补强宽度为：接管外侧有效补强厚度： c、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积：需要补强的金属面积：可以补强的金属面积：d、e、比较与，>，同时计及接管与壳体焊接面积之后，该开孔接管补强的强度足够。8、支座选用壳体质量：的筒体单位长度的筒体质量为 则 封头质量： 直边高度的标准椭圆形封头，其质量，所以 水的质量：式中，装量系数取1.0。储罐体积

14、 则 附件质量： 管子质量 单重5.21kg 有 法兰质量 法兰质量87.5kg则 设备总质量 =525+90+1260+1225+350 =3450kg支座应力计算 每个支座只承受17.5kN负荷，可选用重型B1型，120度包角，焊制，双筋，带垫板的鞍座。第三部分 浮头式换热器主要设计参数流程1壳程管程流体名称2煤油水总流量32500071400进出口4进口出口进口出口液体量525000250006600066000流体相态6液体液体液体液体操作温度7150503050密度8766766994994黏度90.0005450.000719导热系数100.10240.62比热1122204174

15、流速120.970.50压降1311312.326043污垢系数140.000420.000172传热量151.54E+006对数平均温差1647.71总传热系数17297.7.7设计温度1815050设计压力191.01.0程数202.02.0材质21管子CS壳体CS管板CS封头CS换热管22管数 根255内径 m0.02管长 m3.0外径 m0.025中心距 m0.032排列方式正三角形壳体23内径 m 0.7第四部分 换热器装配图1技术特性表序号名称指标管程壳程1工作压力/MPa0.90.92工作温度/30-5050-1503物料名称水煤油4传热面积53.82接管表序号接管法兰标准密封面形式用途1PN1.6DN133H