ABS装置卧式冷凝器设计计算表

ABS装置卧式冷凝器设计计算,,,,,,,,,

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、设计基础参数,,,,,,,,,

1,设计压力,P,设计值,-,MPa,0.6,冷凝器设计工作压力，根据工艺要求确定,GB/T150.1-2011,设计压力取最高工作压力的1.1倍

2,设计温度,T,设计值,-,°C,85,冷凝器设计工作温度，考虑操作裕量,GB/T150.1-2011,设计温度取最高工作温度加15°C裕量

3,筒体材料,M,选用值,-,-,Q345R,压力容器用钢板，具有良好的焊接性能,GB/T713-2014,适用于中低压容器制造

4,换热管材料,Mt,选用值,-,-,20#钢,优质碳素结构钢，传热性能良好,GB/T8163-2018,适用于换热器制造

5,筒体内径,Di,设计值,-,mm,800,根据换热面积和管束布置确定,GB/T151-2014,标准公称直径系列

6,筒体壁厚,δ,计算值,δ=P×Di/(2[σ]φ-P),mm,8,筒体计算壁厚，考虑腐蚀裕量,GB/T150.3-2011,壁厚取整为标准板厚

7,换热管外径,do,选用值,-,mm,25,标准换热管规格,GB/T151-2014,常用换热管规格

8,换热管壁厚,δt,选用值,-,mm,2.5,换热管壁厚，满足强度要求,GB/T151-2014,标准管壁厚度

9,换热管长度,L,设计值,-,m,3,换热管有效长度,GB/T151-2014,标准管长系列

10,换热管数量,N,计算值,N=A/(π×do×L),根,198,根据换热面积计算确定,GB/T151-2014,考虑管板布置排列

11,换热管中心距,S,选用值,-,mm,32,换热管排列中心距,GB/T151-2014,正三角形排列

12,管板厚度,δp,计算值,-,mm,28,管板计算厚度,GB/T151-2014,考虑管孔削弱系数

13,腐蚀裕量,C2,选用值,-,mm,2,介质腐蚀裕量,GB/T150.1-2011,根据介质特性确定

14,材料许用应力,[σ],查表值,-,MPa,170,Q345R在设计温度下的许用应力,GB/T150.2-2011,查材料性能表

15,焊缝系数,φ,选用值,-,-,0.85,焊缝接头系数,GB/T150.1-2011,局部无损检测

二、工艺参数确定,,,,,,,,,

16,ABS物料流量,qm,设计值,-,kg/h,15000,ABS装置物料处理量,工艺设计条件,根据装置产能确定

17,物料进口温度,T1,设计值,-,°C,75,物料进入冷凝器温度,工艺设计条件,上游设备出口温度

18,物料出口温度,T2,设计值,-,°C,45,物料离开冷凝器温度,工艺设计条件,满足下游工艺要求

19,冷却水进口温度,t1,设计值,-,°C,32,冷却水进入冷凝器温度,工艺设计条件,循环冷却水系统

20,冷却水出口温度,t2,设计值,-,°C,42,冷却水离开冷凝器温度,工艺设计条件,温差控制在10°C以内

21,物料比热容,Cp,查表值,-,kJ/(kg·K),2.15,ABS物料平均比热容,物性数据手册,根据物料组成计算

22,物料密度,ρm,查表值,-,kg/m³,1050,ABS物料平均密度,物性数据手册,操作温度下数值

23,物料粘度,μm,查表值,-,mPa·s,0.85,ABS物料动力粘度,物性数据手册,操作温度下数值

24,物料导热系数,λm,查表值,-,W/(m·K),0.18,ABS物料导热系数,物性数据手册,操作温度下数值

25,冷却水密度,ρw,查表值,-,kg/m³,995,冷却水平均密度,物性数据手册,平均温度下数值

26,冷却水粘度,μw,查表值,-,mPa·s,0.72,冷却水动力粘度,物性数据手册,平均温度下数值

27,冷却水导热系数,λw,查表值,-,W/(m·K),0.62,冷却水导热系数,物性数据手册,平均温度下数值

28,冷却水比热容,Cpw,查表值,-,kJ/(kg·K),4.18,冷却水平均比热容,物性数据手册,平均温度下数值

三、热负荷计算,,,,,,,,,

29,物料温差,ΔTm,计算值,ΔTm=T1-T2,°C,30,物料进出口温度差,热平衡计算,显热冷却过程

30,热负荷,Q,计算值,Q=qm×Cp×ΔTm/3600,kW,268.75,冷凝器总热负荷,热平衡计算,忽略热损失

31,热负荷裕量,Qd,计算值,Qd=Q×1.15,kW,309.06,考虑15%设计裕量,设计规范,确保操作弹性

32,冷却水流量,qw,计算值,qw=Qd×3600/(Cpw×(t2-t1)),kg/h,26635.5,所需冷却水质量流量,热平衡计算,冷却水温差10°C

33,冷却水体积流量,Vw,计算值,Vw=qw/ρw,m³/h,26.77,冷却水体积流量,热平衡计算,用于管径计算

34,对数平均温差,ΔTm,计算值,ΔTm=((T1-t2)-(T2-t1))/ln((T1-t2)/(T2-t1)),°C,22.38,逆流对数平均温差,传热计算,纯逆流布置

35,温差修正系数,Ft,计算值,-,-,0.9,多程换热温差修正系数,GB/T151-2014,查图表确定

36,有效平均温差,ΔTe,计算值,ΔTe=ΔTm×Ft,°C,20.14,修正后有效平均温差,传热计算,考虑流动方式影响

四、传热系数计算,,,,,,,,,

37,物料流速,um,计算值,um=qm/(ρm×A×3600),m/s,0.52,壳程物料流速,流体力学计算,推荐范围0.3-1.0m/s

38,壳程雷诺数,Re,计算值,Re=ρm×um×de/μm,-,8547.6,壳程雷诺数判断流型,传热计算,湍流状态

39,壳程普朗特数,Pr,计算值,Pr=Cp×μm/λm,-,10.14,壳程普朗特数,传热计算,物性参数组合

40,壳程努塞尔数,Nu,计算值,Nu=0.36×Re^0.55×Pr^(1/3),-,68.52,壳程努塞尔数,传热计算,错流管束公式

41,壳程传热系数,αo,计算值,αo=Nu×λm/de,W/(m²·K),493.34,壳程对流换热系数,传热计算,管外传热

42,冷却水流速,uw,计算值,uw=qw/(ρw×At×3600),m/s,1.25,管程冷却水流速,流体力学计算,推荐范围1.0-2.0m/s

43,管程雷诺数,Ret,计算值,Ret=ρw×uw×di/μw,-,34375,管程雷诺数判断流型,传热计算,湍流状态

44,管程普朗特数,Prt,计算值,Prt=Cpw×μw/λw,-,4.85,管程普朗特数,传热计算,物性参数组合

45,管程努塞尔数,Nut,计算值,Nut=0.023×Ret^0.8×Prt^0.4,-,156.82,管程努塞尔数,传热计算,管内湍流公式

46,管程传热系数,αi,计算值,αi=Nut×λw/di,W/(m²·K),4332.75,管程对流换热系数,传热计算,管内传热

47,管壁导热系数,λt,查表值,-,W/(m·K),45,20#钢导热系数,材料手册,常温数值

48,管壁热阻,Rt,计算值,Rt=δt×do/(λt×di),m²·K/W,0.00005,管壁导热热阻,传热计算,金属壁面热阻

49,壳程污垢热阻,Ro,选用值,-,m²·K/W,0.00035,壳程污垢热阻,GB/T151-2014,根据介质特性选取

50,管程污垢热阻,Ri,选用值,-,m²·K/W,0.0002,管程污垢热阻,GB/T151-2014,冷却水污垢热阻

51,总传热系数,K,计算值,K=1/(1/αo+Rt+Ro+Ri×do/di+do/(αi×di)),W/(m²·K),385.62,总传热系数,传热计算,串联热阻叠加

52,清洁传热系数,Kc,计算值,Kc=1/(1/αo+Rt+do/(αi×di)),W/(m²·K),432.18,无污垢时传热系数,传热计算,用于校核

五、换热面积计算,,,,,,,,,

53,理论换热面积,A0,计算值,A0=Qd×1000/(K×ΔTe),m²,39.86,理论计算换热面积,传热计算,基本传热方程

54,设计换热面积,A,计算值,A=A0×1.20,m²,47.83,考虑20%面积裕量,设计规范,确保操作弹性

55,单管换热面积,a,计算值,a=π×do×L,m²,0.2356,单根换热管表面积,几何计算,管外表面积

56,实际换热管数,N,计算值,N=ceil(A/a),根,204,实际需要换热管数,设计计算,向上取整

57,实际换热面积,Aa,计算值,Aa=N×a,m²,48.06,实际换热面积,设计计算,最终设计面积

58,面积裕量,ηA,计算值,ηA=(Aa-A0)/A0×100,%,20.58,面积裕量百分比,设计校核,满足设计要求

59,换热管排列方式,-,选用值,-,-,正三角形,换热管排列形式,GB/T151-2014,传热效率高

60,管束层数,nl,计算值,-,层,8,换热管径向层数,结构设计,从中心向外计数

61,管板布管数,Nb,计算值,-,根,204,管板实际布管数,结构设计,与换热管数一致

六、壳体强度计算,,,,,,,,,

62,计算压力,Pc,设计值,Pc=P,MPa,0.6,强度计算用压力,GB/T150.3-2011,取设计压力

63,筒体计算厚度,δc,计算值,δc=Pc×Di/(2[σ]φ-Pc),mm,1.69,筒体理论计算厚度,GB/T150.3-2011,内压圆筒公式

64,筒体设计厚度,δd,计算值,δd=δc+C2,mm,3.69,筒体设计厚度,GB/T150.3-2011,加腐蚀裕量

65,筒体名义厚度,δn,选用值,-,mm,8,筒体名义厚度,GB/T150.3-2011,取标准板厚

66,筒体有效厚度,δe,计算值,δe=δn-C2,mm,6,筒体有效厚度,GB/T150.3-2011,扣除腐蚀裕量

67,筒体应力校核,σ,计算值,σ=Pc×(Di+δe)/(2δe),MPa,40.3,筒体实际应力,GB/T150.3-2011,强度校核用

68,强度校核结论,-,判断值,σ≤[σ]φ?,-,满足,强度校核结论,GB/T150.3-2011,40.30≤144.50MPa

69,封头计算厚度,δhc,计算值,δhc=K×Pc×Di/(2[σ]φ-0.5Pc),mm,1.68,椭圆封头计算厚度,GB/T150.3-2011,标准椭圆封头

70,封头名义厚度,δhn,选用值,-,mm,8,封头名义厚度,GB/T150.3-2011,与筒体等厚

71,封头有效厚度,δhe,计算值,δhe=δhn-C2,mm,6,封头有效厚度,GB/T150.3-2011,扣除腐蚀裕量

72,封头应力校核,σh,计算值,σh=Pc×(Di+0.5δhe)/(2δhe),MPa,40.15,封头实际应力,GB/T150.3-2011,强度校核用

73,封头强度校核,-,判断值,σh≤[σ]φ?,-,满足,强度校核结论,GB/T150.3-2011,40.15≤144.50MPa

七、管板强度计算,,,,,,,,,

74,管板材料,Mp,选用值,-,-,Q345R,管板材料与筒体相同,GB/T713-2014,锻件或板材

75,管板设计压力,Pp,设计值,Pp=P,MPa,0.6,管板设计压力,GB/T151-2014,取设计压力

76,管板布管限定圆直径,Dl,计算值,Dl=Di-2b,mm,720,管板布管范围,GB/T151-2014,b为布管周边宽度

77,管孔总面积,Ah,计算值,Ah=N×π×dh²/4,mm²,100278.5,管孔削弱面积,GB/T151-2014,dh为管孔直径

78,管板开孔削弱系数,η,计算值,η=(Dl²-Ah)/Dl²,-,0.75,管板强度削弱系数,GB/T151-2014,孔桥影响

79,管板计算厚度,δpc,计算值,δpc=C×Dl×√(Pp/([σ]×η)),mm,22.45,管板理论计算厚度,GB/T151-2014,C为结构系数

80,管板设计厚度,δpd,计算值,δpd=δpc+C2,mm,24.45,管板设计厚度,GB/T151-2014,加腐蚀裕量

81,管板名义厚度,δpn,选用值,-,mm,28,管板名义厚度,GB/T151-2014,取标准厚度

82,管板有效厚度,δpe,计算值,δpe=δpn-C2,mm,26,管板有效厚度,GB/T151-2014,扣除腐蚀裕量

83,管板应力校核,σp,计算值,σp=Pp×(Dl/δpe)²/(2×η),MPa,32.12,管板实际应力,GB/T151-2014,弯曲应力

84,管板强度校核,-,判断值,σp≤[σ]?,-,满足,强度校核结论,GB/T151-2014,32.12≤170.00MPa

八、接管设计计算,,,,,,,,,

85,物料进口接管直径,d1,计算值,d1=√(4×qm/(π×ρm×u×3600)),mm,98.5,物料进口接管计算直径,GB/T150.3-2011,u取1.0m/s

86,物料进口接管规格,-,选用值,-,-,DN100,物料进口接管公称直径,GB/T150.3-2011,取标准规格

87,物料出口接管直径,d2,计算值,d2=√(4×qm/(π×ρm×u×3600)),mm,98.5,物料出口接管计算直径,GB/T150.3-2011,u取1.0m/s

88,物料出口接管规格,-,选用值,-,-,DN100,物料出口接管公称直径,GB/T150.3-2011,取标准规格

89,冷却水进口接管直径,d3,计算值,d3=√(4×Vw/(π×u×3600)),mm,97.3,冷却水进口接管计算直径,GB/T150.3-2011,u取1.0m/s

90,冷却水进口接管规格,-,选用值,-,-,DN100,冷却水进口接管公称直径,GB/T150.3-2011,取标准规格

91,冷却水出口接管直径,d4,计算值,d4=√(4×Vw/(π×u×3600)),mm,97.3,冷却水出口接管计算直径,GB/T150.3-2011,u取1.0m/s

92,冷却水出口接管规格,-,选用值,-,-,DN100,冷却水出口接管公称直径,GB/T150.3-2011,取标准规格

93,接管壁厚,δn,计算值,δn=P×d/(2[σ]φ)+C2,mm,3.85,接管计算壁厚,GB/T150.3-2011,接管强度计算

94,接管名义厚度,-,选用值,-,mm,6,接管名义厚度,GB/T150.3-2011,取标准壁厚

九、折流板设计,,,,,,,,,

95,折流板形式,-,选用值,-,-,圆缺形,折流板结构形式,GB/T151-2014,提高壳程流速

96,折流板间距,Bs,计算值,Bs=(0.2~1.0)×Di,mm,400,折流板间距,GB/T151-2014,取Di/2

97,折流板数量,Ns,计算值,Ns=L/Bs-1,块,6,折流板数量,GB/T151-2014,向上取整

98,折流板厚度,δb,选用值,-,mm,8,折流板厚度,GB/T151-2014,根据筒径确定

99,折流板切缺率,h,选用值,-,%,25,圆缺高度占直径比例,GB/T151-2014,推荐范围20-25%

100,折流板材料,Mb,选用值,-,-,Q235B,折流板材料,GB/T151-2014,碳钢材料

101,折流板管孔直径,dh,计算值,dh=do+0.5,mm,25.5,折流板管孔直径,GB/T151-2014,管孔配合间隙

102,壳程流通面积,As,计算值,As=Bs×(Di-do×N×Bs/S),m²,0.0285,壳程流通面积,GB/T151-2014,错流截面

十、支座设计,,,,,,,,,

103,支座形式,-,选用值,-,-,鞍式支座,卧式容器支座形式,NB/T47065-2018,标准鞍式支座

104,支座数量,-,选用值,-,个,2,鞍式支座数量,NB/T47065-2018,两端布置

105,支座间距,Ls,计算值,Ls=(0.6~0.8)×L,mm,2000,两支座中心间距,NB/T47065-2018,合理分布载荷

106,设备总质量,W,计算值,W=Ws+Wt+Ww,kg,2850,设备运行总质量,结构计算,含物料和附件

107,单支座载荷,F,计算值,F=W×g/2,N,13978.5,单个支座承受载荷,结构计算,均布载荷假设

108,支座型号,-,选用值,-,-,BⅠ800-S,鞍式支座型号,NB/T47065-2018,标准系列选型

109,支座高度,Hs,选用值,-,mm,250,支座高度,NB/T47065-2018,根据安装要求

十一、压力试验计算,,,,,,,,,

110,液压试验压力,PT,计算值,PT=1.25×P×[σ]/[σ]t,MPa,0.88,液压试验压力,GB/T150.1-2011,常温试验

111,试验温度下许用应力,[σ]t,查表值,-,MPa,170,试验温度下材料许用应力,GB/T150.2-2011,常温数值

112,筒体试验应力,σT,计算值,σT=PT×(Di+δe)/(2δe),MPa,59.11,试验状态下筒体应力,GB/T150.1-2011,强度校核用

113,试验应力校核,-,判断值,σT≤0.9ReL?,-,满足,试验应力校核结论,GB/T150.1-2011,59.11≤301.50MPa

114,材料屈服强度,ReL,查表值,-,MPa,345,Q345R屈服强度,GB/T713-2014,常温数值

115,气密性试验压力,Pa,计算值,Pa=P,MPa,0.6,气密性试验压力,GB/T150.1-2011,等于设计压力

十二、管程阻力计算,,,,,,,,,

116,管程摩擦系数,f,计算值,f=0.316/Ret^0.25,-,0.0231,管程摩擦阻力系数,流体力学计算,湍流光滑管

117,管程直管阻力,ΔP1,计算值,ΔP1=f×(L/di)×(ρw×uw²/2),Pa,4523.6,管程直管段阻力,流体力学计算,沿程阻力

118,管程局部阻力系数,ξ,选用值,-,-,3.5,管程局部阻力系数之和,流体力学计算,进出口及弯头

119,管程局部阻力,ΔP2,计算值,ΔP2=ξ×(ρw×uw²/2),Pa,2718.4,管程局部阻力,流体力学计算,局部阻力

120,管程总阻力,ΔPt,计算值,ΔPt=ΔP1+ΔP2,Pa,7242,管程总阻力损失,流体力学计算,用于泵选型

121,管程程数,Np,选用值,-,程,2,管程程数,GB/T151-2014,双管程结构

122,管程阻力修正,ΔPc,计算值,ΔPc=ΔPt×Np,Pa,14484,多程阻力修正,流体力学计算,考虑程数影响

十三、壳程阻力计算,,,,,,,,,

123,壳程摩擦系数,fs,计算值,fs=1.72×Re^(-0.19),-,0.215,壳程摩擦阻力系数,流体力学计算,错流管束

124,壳程流通面积,As,计算值,-,m²,0.0285,壳程流通面积,GB/T151-2014,折流板窗口

125,壳程流速,us,计算值,us=qm/(ρm×As×3600),m/s,0.14,壳程实际流速,流体力学计算,折流板间流速

126,壳程阻力,ΔPs,计算值,ΔPs=fs×(Ds/de)×(ρm×us²/2)×Ns,Pa,3856.2,壳程总阻力损失,流体力学计算,用于泵选型

127,壳程进口阻力,ΔPsin,计算值,ΔPsin=1.5×(ρm×us²/2),Pa,15.4,壳程进口阻力,流体力学计算,进口局部阻力

128,壳程出口阻力,ΔPsout,计算值,ΔPsout=1.0×(ρm×us²/2),Pa,10.3,壳程出口阻力,流体力学计算,出口局部阻力

129,壳程总阻力,ΔPst,计算值,ΔPst=ΔPs+ΔPsin+ΔPsout,Pa,3881.9,壳程总阻力损失,流体力学计算,用于泵选型

十四、安全附件配置,,,,,,,,,

130,安全阀数量,-,选用值,-,个,1,安全阀配置数量,TSG21-2016,超压保护装置

131,安全阀整定压力,Ps,计算值,Ps=1.1×P,MPa,0.66,安全阀开启压力,TSG21-2016,不超过设计压力1.1倍

132,安全阀排放面积,As,计算值,-,mm²,125,安全阀最小排放面积,TSG21-2016,根据排放量计算

133,安全阀型号,-,选用值,-,-,A42Y-16C,安全阀型号,TSG21-2016,弹簧式安全阀

134,压力表量程,-,选用值,-,MPa,0~1.6,压力表测量范围,TSG21-2016,量程为设计压力1.5~3倍

135,压力表精度,-