列管式换热器课程设计

1、实用标准文档大学化工原理列管式换热器课程设计说明书学院：班级：学号：姓名： 指导教师： 时间：年 月 日文案大全实用标准文档目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 一、化工原理课程设计任务书2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 二、确定设计方案31.选择换热器的类型2.管程安排 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 三、确定物性数据4 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 四、估

2、算传热面积5.热流量3.传热面积.平均传热温差4.冷却水用量 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 五、工艺结构尺寸6.管径和管内流速5.壳体内径.管程数和传热管数6.折流挡板7.传热温差校平均正及壳程数7.其他附件.传热管排列和分程方法8.接管六、换热器核算8.热流量核算3.换热器内流体的流动阻力.壁温计算10 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 七、结构设计13.浮头管板及钩圈法兰结构设计6.外头盖结构设计.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计7.垫片选择.管箱结构设计8.鞍座选用及安装位置确定.固定端管

3、板结构设计9.折流板布置.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计1410.说明 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 八、强度设计计算15.筒体壁厚计算6.固定管板计算18.外头盖短节、封头厚度计算7.浮头管板及钩圈19.管箱短节、封头厚度计算168.无折边球封头计算.管箱短节开孔补强校核179.浮头法兰计算20.壳体接管开孔补强校核九、参考文献20文案大全实用标准文档实用标准文档一、化工原理课程设计任务书某生产过程的流程如图3-20所示。反应器的混合气体经与进料物流换热后， 用循环冷却水将其从110。进一步冷却至60之后，进入

4、吸收塔吸收其中的可溶 性组分。已知混合气体的流量为231801 kg/h，压力为6.9MPa，循环冷却水的 压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29,出口的温度为39,试设计一列 管式换热器，完成生产任务。已知：混合气体在85。下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）密度p = 90 kg/m 3定压比热容c 1 = 3.297kJ/kg. 热导率为厂0.0279 wm粘度目=1.5 X10-5 Pa.s 1循环水在34。下的物性数据：密度p = 994.3kg/m3i定压比热容c 1 = 4.174 kJ/kg. K热导率为= 0.624 w，mK粘度、= 0.742X10-3 Pa.s

5、文案大全实用标准文档二、确定设计方案.选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110出口温度60；冷流体进口温度 29,出口温度为39,该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会 降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步 确定选用浮头式换热器。.管程安排从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循 环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下 降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。文案大全实用标准文档三、确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出

6、口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为T二110 T二110 + 602=85 管程流体的定性温度为39+29t= 34 2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关 物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。混和气体在85下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度P = 90kg / m 3定压比热容c i=3.297kj/kg-r热导率 1=0.0279w/m-粘度h =1.5 x 10-5Pa*s循环水在34 下的物性数据：密度p =994.3 kg/ma定压比热容c

7、 =4.174kj/kgKp1热导率=0.624w/mK粘度h =0.742x10-3Pas1文案大全实用标准文档四、估算传热面积.热流量Q1= m c A t=231801 义 3.297X(110-60)=3.82 义 107kj/h =10614.554kw.平均传热温差(110 39) (110 39) - (60 29)=48.3 K 110 - 39ln60 - 29.传热面积由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=320W/(m? k)则估算的传热面 积为10614554=686.76m 2320 x 48.3106145544.冷却水用量106145544.冷却水用

8、量4.174x103 x10=254.3kg / s = 9154862kg / h文案大全实用标准文档五、工艺结构尺寸.管径和管内流速 选用25X2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1-3m/s.管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数VNs=九 1一 d 2 u915486.2/(3600 x 994.3) x 6270.785 x 0.022 x VNs=九 1一 d 2 u915486.2/(3600 x 994.3) x 6270.785 x 0.022 x 1.34 i按单程管计算，所需的传热管长度为L= -A- 九d n686.763.14 x 0.02

9、5 x 627按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m,则该换热器的管程数为传热管总根数Np= L =14 = 2l 7Nt=627X 2=1254.传热温差校平均正及壳程数 平均温差校正系数：T, -Tt - t11060 小-539 29P二39 29二 0.124Tt110 - 29按单壳程，双管程结构，查【化学工业出版社化工原理（第三版）上册:图5-19 得： = 0.96平均传热温差Atm - e心t塑-0.96 x 48.3 - 46.4 k由于平均传热温差校正系数大于0.8,同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。.传热管排

10、列和分程方法采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。见【化学工业出 版社化工原理（第三版）上册】：图6-13。取管心距 t=1.25d0，贝U t=1.25X25=31.2532 mm隔板中心到离其最.近一排管中心距离：S=t/2+6=32/2+6=22 m各程相邻管的管心距为44 m管数的分程方法，每程各有传热管627根，其前后管程中隔板设置和介质的流通顺序按【化文案大全实用标准文档学工业出版社化工原理（第三版）上册】：图6-8选取。5.壳体内径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率n=0.75，则壳体内径 为：D=1.05t、耳开=1.05 x 32 h

11、f + 2C + d + hj h2 = 320 + 2 x100 + 377 + 350 + 50 = 1297mm取管箱长为1300mm，管道分程隔板厚度取14mm，管箱结构如化工单元过程及设备 课程设计（化学工业出版社出版）：图4-50（a）所示。4、固定端管板结构设计：依据选定的管箱法兰，管箱侧法兰的结构尺寸，确定固定端管板最大外径为： D=1506mm；结构如化工单元过程及设备课程设计（化学工业出版社出版）：图4-50（b）文案大全实用标准文档所示。5、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计：依工艺条件，壳侧压力、温度及公称直径DN=1500mm；按JB4703-93长颈法兰标准选取并确定尺寸

12、。6、外头盖结构设计：外头盖结构如化工单元过程及设备课程设计（化学工业出版社出版）：图4-51所 示。轴向尺寸由浮动管板、钩圈法兰及钩圈强度计算确定厚度后决定，见化工单元过程及 设备课程设计（化学工业出版社出版）：图4-51。7、垫片选择：a.管箱垫片：根据管程操作条件（循环水压力0.4Mpa，温度34（）选石棉橡胶垫。结构尺寸如化工单元过程及设备课程设计（化学工业出版社出版）：图4-39（b）所示：D = 1508mm; d = 1400mm.b.外头盖垫片：根据壳程操作条件（混合气体，压力6.9Mpa，温度85（），选缠绕式垫片， 垫片：1609mmx 1500mm（JB4705-92）缠

13、绕式垫片。c.浮头垫片：根据管壳程压差，混合气体温度确定垫片为金属包石棉垫，以浮动管板结构确定垫片结构尺寸为1390mmx1358mm ；厚度为3mm;JB4706-92金属 包垫片。8、鞍座选用及安装位置确定：鞍座选用 JB/T4712-92 鞍座 BI1400-F/S；安装尺寸如化工单元过程及设备课程设计（化学工业出版社出版）：图4-44所示其中：L = 6700，LB = 0.6L = 0.6x 6700 = 4020mm取：L = 4000mm， L, L = 1350mm9、折流板布置：折流板尺寸：外径：D = DN 8 = 1400 8 = 1392mm ；厚度取 8mm前端折流板

14、距管板的距离至少为850mm；结构调整为900mm；见化工单元过程 及设备课程设计（化学工业出版社出版）：图4-50（c）后端折流板距浮动管板的距离至少为950mm；实际折流板间距B=450mm，计算折流板数为12块。10、说明：在设计中由于给定压力等数及公称直径超出JB4730-92,长颈对焊法兰标准范围， 对壳体及外头盖法兰无法直接选取标准值，只能进行非标设计强度计算。文案大全实用标准文档八、强度设计计算L筒体壁厚计算：由工艺设计给定设计温度85/，设计压力等于工作压力为6.9Mpa，选低合金结构钢板16MnR卷制，查得材料85心时许用应力I = 163Mpa ；过程设备设 计（第二版）化

15、学工业出版社。取焊缝系数。=0.85,腐蚀裕度C2=1mm；对16MnR钢板的负偏差%=0根据过程设备设计（第二版）化学工业出版社：公式（4-13）内压圆筒计算厚度公 式：计算厚度:设计厚度:名义厚度:有效厚度:PD8 =w从而:8 :6计算厚度:设计厚度:名义厚度:有效厚度:PD8 =w从而:8 :6.9X1400，35.75mm2 x163 x 0.85 一 6.98 =8+ C = 35.75 +1 = 36.75 mm8 =8 + C = 36.75mm 圆整取 8 = 38mm8 =8 C 一C = 37mm水压试验压力：P = 1.25P2伴=1.25 x 6,9 X1 = 8.6

16、25Mpa所选材料的屈服应力。s = 325Mpa水式实验应力校核：0 = tP (D 水式实验应力校核：0 = tP (D +8) 8.625(1400 + 37)手ie28e2义37=167.5Mpa167.5Mp A = 705.6mn 2该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。5、壳体接管开孔补强校核：开孔校核采用等面积补强法。选取20号热轧碳素钢管325 x12钢管许用应力:b = 钢管许用应力:b = 137MpaC2 =1mmPD2bR；PD2bR；P6.9 x 325= 7.98mm2 x 137 x 1 + 6.9接管有效壁厚:Set=S C1 C2 = 12-1-12 x

17、0.15 = Set开孔直径:d = d + 2C = 325 2 x 12 + 2 x(1 +12 x 0.15)= 306.6mn i文案大全实用标准文档接管有效补强厚度：B=2d=2 x 306.6=613.2mm接管外侧有效补强高度：h = ds = V 306.6 x12 = 60.7mm 1 nt需要补强面积：A=d- 5 =306.6x 35.75=10960.95mm 2可以作为补强的面积为：A =(B-d)(5 -5) =(613.2 306.6)x(37 35.75)= 383.25mm2 1eA = 2h(S -St)f = 2x60.7x(9.2 7.98)x 137/

18、170 = 119.4mm221 etr尚需另加补强的面积为：A4 A - A - A? = 10960.95 - 383.25-119.4 = 10458.3nn 2补强圈厚度：A4A4-B d010458.3613.2 32536.3mm实际补强圈与筒体等厚：Sk = 38mm ；则另行补强面积:A = S (B-d ) = 38x(613.2 325)= 10951.6mm2 4 K 0A + A + A = 383.25 +119.4 +10951.6 = 11454.25mm2 A = 10960.95im 2 124同时计算焊缝面积A 3后，该开孔补强的强度的足够。6、固定管板计算

19、：固定管板厚度设计采用BS法。假设管板厚度b=100mm。总换热管数量n=1254；一根管壁金属横截面积为：兀/、兀/、a = 一（d2 - d2）= 一 x（252 - 202）= 176.6mm24 0 i 4开孔温度削弱系数（双程）：R = 0.5两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚）L取6850mm 计算系数K：K2 = 1破京=14.85=1.32 x 幽 x；： K2 = 1破京=14.85100 1 0.5 x 6850 x100K=3.855接管板筒支考虑，依K值查化工单元过程及设备课程设计化学工业出版社：图4-45, 图 4-46，图 4-47 得：G1 = 2.9, G2

20、= -0.65, G3 = 2.8文案大全实用标准文档管板最大应力:(P P) G-s12九(P P) G-s13(P P) G-s12九(P P) G-s13九1 X 0.2331 X 0.2336.41 6.41(6.9 0.4)x( 0.65)0.607(6.9 0.4) x 2.80.607筒体内径截面积：A = D2 =-x 14002 = 1538600mm24 i 4管板上管孔所占的总截面积： n 11254,C = d2 =x 252 = 615555.8mm2404系数入=A-CA1538600 615555.81538600系数b =n a _1254 X176.6A-C-

21、1538600 - 615555.8氏 0.24壳程压力:P = 6.9Mp管程压力:=57.4Mpa=101.2MpaPl = 0.4Mp当量压差：P = P -P(1 + p ) = 6.9-0.4x(1 + 0.24) = 6.404Mp a s la管板采用16Mn锻： ! = 150Mpa换热管采用10号碳系钢：= 112Mpa管板管子程度校核：o = 219.6Mp 1.5口= 1.5 x 150 = 225Mpot =-101.2Mp 口 = 112Mp管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取C2 = 4mm，隔板槽深取4mm，实际 管板厚为108mm。7、浮头管板及钩圈：浮头式换热器浮头管板的厚度不是由强度决定的，按结构取80mm；钩圈采用B型。材料与浮头管板相同，设计厚度按浮头管板厚加16mm，定为96mm。8、无折边球封头计算：文案大全实用标准文档封头上面无折边球形封头的计算接外压球壳计算，依照 GB151-89方法计算。选用16MnR析，封头R = 1100mm，封头外侧85C 气体，内侧为34C 循环水，取壁温45。5 imm，钢板主偏差q= 1.2mm ；n当量厚度：假设名义厚度S = 50mm mm，钢板主偏差q= 1.2mm ；n当量厚度：S = S -C = 50-3-1.2 = 45.8mm，封头外半径: