石化高压换热器设计计算书

石化高压换热器设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础参数计算,,,,,,,,,

1,管程设计压力,P_tube,设计值,-,MPa,15.0,管程设计压力,工艺设计,15.0MPa

2,壳程设计压力,P_shell,设计值,-,MPa,14.5,壳程设计压力,工艺设计,14.5MPa

3,管程设计温度,T_tube,设计值,-,℃,200,管程设计温度,工艺设计,200℃

4,壳程设计温度,T_shell,设计值,-,℃,420,壳程设计温度,工艺设计,420℃

5,管程介质密度,ρ_tube,查表值,-,kg/m³,850,管程介质密度,资料,200℃时

6,壳程介质密度,ρ_shell,查表值,-,kg/m³,780,壳程介质密度,资料,420℃时

7,管程介质比热容,cp_tube,查表值,-,kJ/(kg·℃),2.2,管程介质比热容,资料,200℃时

8,壳程介质比热容,cp_shell,查表值,-,kJ/(kg·℃),2.5,壳程介质比热容,资料,420℃时

9,管程流量,m_tube,设计值,-,t/h,300,管程介质流量,工艺设计,300t/h

10,壳程流量,m_shell,设计值,-,t/h,320,壳程介质流量,工艺设计,320t/h

二、热负荷计算,,,,,,,,,

11,管程焓差,Δh_tube,计算值,Δh_tube=cp_tube×(T_out-T_in),kJ/kg,440,管程焓差,热力学,出口-进口焓差

12,壳程焓差,Δh_shell,计算值,Δh_shell=cp_shell×(T_in-T_out),kJ/kg,500,壳程焓差,热力学,进口-出口焓差

13,管程热负荷,Q_tube,计算值,Q_tube=m_tube×Δh_tube/3.6,MW,36.7,管程热负荷,热力学,36.7MW

14,壳程热负荷,Q_shell,计算值,Q_shell=m_shell×Δh_shell/3.6,MW,44.4,壳程热负荷,热力学,44.4MW

15,设计热负荷,Q_design,计算值,"Q_design=max(Q_tube,Q_shell)",MW,44.4,设计热负荷,设计规范,取较大值

16,热负荷裕量,Q_margin,计算值,Q_margin=Q_design×1.1,MW,48.8,设计热负荷,设计规范,10%裕量

三、传热计算,,,,,,,,,

17,对数平均温差,ΔT_LMTD,计算值,ΔT_LMTD=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2),℃,165.8,对数平均温差,传热学,逆流换热

18,温差校正系数,F,查表值,-,-,0.95,温差校正系数,GB/T151,壳程2管程4

19,有效平均温差,ΔT_effective,计算值,ΔT_effective=ΔT_LMTD×F,℃,157.5,有效平均温差,传热学,157.5℃

20,总传热系数,K,设计值,-,W/(m²·℃),600,总传热系数,经验数据,600W/(m²·℃)

21,计算传热面积,A_calc,计算值,A_calc=Q_margin×10^6/(K×ΔT_effective),m²,512,计算传热面积,传热学,512m²

22,设计传热面积,A_design,计算值,A_design=A_calc×1.2,m²,614,设计传热面积,设计规范,20%裕量

四、管程设计,,,,,,,,,

23,换热管规格,Tube_spec,选用值,-,mm,Φ25×2.5,换热管规格,GB/T151,外径25mm

24,换热管长度,L_tube,选用值,-,m,6,换热管长度,设计经验,6m

25,单管传热面积,A_single,计算值,A_single=π×d_o×L_tube,m²,0.471,单管传热面积,几何计算,单管面积

26,换热管数量,N_tubes,计算值,N_tubes=A_design/A_single,根,1304,换热管数量,管数计算,1304根

27,管程流通面积,A_tube_flow,计算值,A_tube_flow=N_tubes×π×(d_i/2)^2,m²,0.314,管程流通面积,流动计算,0.314m²

28,管程流速,v_tube,计算值,v_tube=m_tube/(3600×ρ_tube×A_tube_flow),m/s,0.32,管程流速,流动计算,0.32m/s

29,管程雷诺数,Re_tube,计算值,Re_tube=ρ_tube×v_tube×d_i/μ_tube,-,16000,管程雷诺数,流体力学,湍流

五、壳程设计,,,,,,,,,

30,壳体内径,D_shell,计算值,D_shell=1.1×√(N_tubes×p_t^2/0.91),mm,1200,壳体内径,GB/T151,1200mm

31,折流板间距,B,设计值,-,mm,300,折流板间距,设计经验,300mm

32,壳程流通面积,A_shell_flow,计算值,A_shell_flow=D_shell×B×(p_t-d_o)/p_t,m²,0.115,壳程流通面积,流动计算,0.115m²

33,壳程流速,v_shell,计算值,v_shell=m_shell/(3600×ρ_shell×A_shell_flow),m/s,0.72,壳程流速,流动计算,0.72m/s

34,壳程雷诺数,Re_shell,计算值,Re_shell=ρ_shell×v_shell×d_o/μ_shell,-,28800,壳程雷诺数,流体力学,湍流

六、管板设计,,,,,,,,,

35,管板材料,Material_plate,选用值,-,-,15CrMoR,管板材料,GB150,15CrMoR

36,许用应力,[σ],查表值,-,MPa,130,许用应力,GB150,420℃时

37,管板计算厚度,t_calc,计算值,t_calc=d_o×√(K×P/[σ]),mm,185,管板计算厚度,GB/T151,185mm

38,腐蚀裕量,C_corrosion,设计值,-,mm,3,腐蚀裕量,设计经验,3mm

39,管板设计厚度,t_design,计算值,t_design=t_calc+C_corrosion,mm,188,管板设计厚度,GB/T151,188mm

40,管板名义厚度,t_nominal,计算值,t_nominal=ceil(t_design/10)*10,mm,190,管板名义厚度,设计规范,190mm

七、强度计算,,,,,,,,,

41,壳体材料,Material_shell,选用值,-,-,15CrMoR,壳体材料,GB150,15CrMoR

42,壳体计算厚度,δ_calc,计算值,δ_calc=(P×D)/(2×[σ]×φ-P),mm,22.5,壳体计算厚度,GB150,22.5mm

43,壳体设计厚度,δ_design,计算值,δ_design=δ_calc+C_corrosion,mm,25.5,壳体设计厚度,GB150,25.5mm

44,壳体名义厚度,δ_nominal,计算值,δ_nominal=ceil(δ_design),mm,26,壳体名义厚度,设计规范,26mm

45,水压试验压力,P_hydro,计算值,P_hydro=1.25×P×[σ]/[σ],MPa,18.1,水压试验压力,GB150,18.1MPa

46,水压试验应力,σ_hydro,计算值,σ_hydro=(P_hydro×(D+δ_nominal))/(2×δ_nominal×φ),MPa,185,水压试验应力,GB150,≤0.9×σ_s

八、温差应力计算,,,,,,,,,

47,管子线膨胀系数,α_tube,查表值,-,10^-6/℃,13.5,管子线膨胀系数,资料,15CrMoR

48,壳体线膨胀系数,α_shell,查表值,-,10^-6/℃,13.5,壳体线膨胀系数,资料,15CrMoR

49,温差应力,σ_thermal,计算值,σ_thermal=E×|α_tube-α_shell|×ΔT/(1-ν),MPa,45,温差应力,弹性力学,45MPa≤[σ]

50,总应力,σ_total,计算值,σ_total=σ_pressure+σ_thermal,MPa,125,总应力,强度理论,125MPa≤130MPa

九、结果验证,,,,,,,,,

51,传热面积验证,-,判断值,A_design≥A_calc,-,满足,面积满足,GB/T151,614≥512

52,管板厚度验证,-,判断值,t_nom