化工原理课程设计之列管式换热器设计步骤

1、2020年6月30日星期二,1,列管式换热器设计,化工原理课程设计,2020/6/30,2,设计题目,拟用200KPa的饱和水蒸气将常压下20的苯加热到80 苯的质量流量为40t/h 试设计一列管式换热器 已知仓库中现有252.5mm，长6m的碳钢钢管,2020/6/30,3,设计内容,设计说明书 布管图 187 169 114 装配图 187 169,2020/6/30,4,设计说明书,封面 目录 设计任务书 前言 设计计算过程 附表及相关机械元件尺寸 设计说明,2020/6/30,5,设计步骤,一、确定定性温度、物性数据 二、换热器的类型及流体走向 三、工艺计算 四、换热器尺寸的初步确定

2、五、校核计算 六、进出口管径 七、校核流体压力降,2020/6/30,6,一、确定定性温度、物性数据,苯的物性数据 t1 、t2 、tm 、 、CP2 、2 、2 水蒸汽的物性数据 Ts 、 、 同温度下水的物性 、 、,2020/6/30,7,二、换热器的类型及流体走向,卧式固定管板式换热器 水蒸汽走壳程，苯走管程 不需要进行热补偿 不需要加折流挡板,2020/6/30,8,三、工艺计算,1、热负荷即传热速率Q 2、平均温度差tm 3、选K值，估算传热面积A初,2020/6/30,9,1、热负荷即传热速率Q,2020/6/30,10,2、平均温度差tm,由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把两流

3、体的平均温度差看作是逆流来计算 （双管程）,2020/6/30,11,3、选K值，估算传热面积A初,根据条件K值在5801160 W/m2 （K 680W/m2）,选用安全系数1.151.25 A初A,2020/6/30,12,四、换热器尺寸的初步确定,确定管程结构尺寸 壳程设计数据 换热器长径比,2020/6/30,13,1、确定管程结构尺寸,管子规格 初步设计总管数 校核流速、确定管程 管间距及排列方式,2020/6/30,14,（1）管子规格 库存252.5mm，L3.0m的光滑碳钢钢管 取管内苯的流速为u0 （0.60 m/s） 苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s,2020/6/3

4、0,15,（2）初步设计总管数,n” 根三角形排列管数， 3a2+3a+1,圆整n”,2020/6/30,16,127布管图,2020/6/30,17,169布管图,2020/6/30,18,187布管图,2020/6/30,19,（3）校核流速、确定管程,管程,（一般双管程）,2020/6/30,20,（4）管间距及排列方式 管间距t（1.251.3）d0 采用三角型排列 根据总管数n”确定层数a， 是否弓形排管，确定NT 最外层六角形对角线上管数 NTb2a+1 采用胀管法排列,2020/6/30,21,2、壳程设计数据,壳体内径 Dt（NTb1）+ 2 b t 管间距 NTb 最外层六角

5、形对角线上管数 b 六角形最外层管中心到壳体内 壁距离，取b（11.5）d0 壳体内径标准圆整到Dmm,2020/6/30,22,中心拉杆n3根 直径12mm 双管程隔板少排NTb根 实际管数nNTNTbn3 双管程，每程n/2根排列管子 实际流速u ，与初设苯流速u0 校核,2020/6/30,23,3、换热器长径比,确定长径比的取值范围,2020/6/30,24,五、校核计算,1、校核总传热系数K值 2、校核壁温TW 3、校核传热面积A,2020/6/30,25,1、校核总传热系数K值,管内对流传热系数2 管外对流传热系数1 污垢热阻及管壁热阻,2020/6/30,26,（1）管内对流传热

6、系数2,被加热,2020/6/30,27,（2）管外对流传热系数1,n为水平管束垂直列上的管数 弓形排管n8，弓形不排管n7 假设管外壁温TW（115.6）,2020/6/30,28,（3）污垢热阻及管壁热阻 苯侧污垢热阻RS21.7610-4m2/W 蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小， 水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计， 碳钢钢管的导热系数45 W/m2,2020/6/30,29,（4）校核K值 以外表面计算：,计算K值与原设值K初比较 使相对误差5%,2020/6/30,30,2、校核壁温TW,结果与原假设值TW校核 （TW115.6）,2020/6/30,31,3、校核传热面积A,水蒸汽侧Ts不变

7、，一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等。,2020/6/30,32,实际所需面积,实际提供面积,余度,2020/6/30,33,六、进出口管径,苯进口管、出口管 水蒸汽进口管径 冷凝水排出口,2020/6/30,34,1、苯进口管、出口管,取进口流速u11m/s 进口直径,选用无缝热轧钢管（YB231-64）（1504.5mm，长200mm）,2020/6/30,35,2、水蒸汽进口管径,蒸汽用量,富裕量3,蒸汽体积流量 VG 取蒸汽流速u20 m/s,选用无缝热轧钢管（YB231-64）（2196mm，长200mm）,2020/6/30,36,3、冷凝水排出口,选用水煤气管 42

8、.253.25mm，长100mm,2020/6/30,37,七、校核流体压力降,管程总压力降 壳程压力降 壳程是饱和水蒸汽冷凝， 阻力很小，不校核其压力降。,2020/6/30,38,管程总压力降 （P272）,总压力降计算公式,每程直管压力降,每程局部阻力引起的压降,校 核 Pt 3.0104Pa,2020/6/30,39, 管内径; 管长 管程结垢校正系数， 三角形为1.5， 正方形为1.4； 壳程数，1； 一壳程的管程数，2 。,参数说明,2020/6/30,40, 计算,取0.2mm，/d=0.01,查图可知,2020/6/30,41,八、换热器尺寸及附属部件,管间距： t32.5mm

9、 壳体直径：60010mm，内径D580mm 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 管子尺寸：252.5mm，L3.0m，n164根，双管程 布管图 见图纸2-2。,2020/6/30,42,6、管板,(1)管板材料：选用碳素钢A4。 (2)管子在管板上的固定方法：焊接 (3)管板尺寸：Pg16kgf/cm2， (4)管板与壳体的连接： 采用法兰连接，拆开顶板可检修或清理管内污垢。,2020/6/30,43,（5）管板与分程隔板的连接:采用单层隔板，隔板材料与封头材料一致，厚度s10mm。,2020/6/30,44,7、封头与管箱,封头与管箱位于壳体的两端。 （1）封头的选择：选用椭圆形封头，Dg

10、60010mm GB115473 （2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边高度40mm 管程接口管与封头为焊接，封头与壳体为法兰连接，法兰尺寸与上同。,2020/6/30,45,管程进出口接管直径：选用无缝热轧钢管（YB231-64）1524.5mm 长200mm。 支座的公称直径Dg600mm，每个支座承受的载荷为36.8吨，材料采用A3F碳素钢；采用鞍形安装。 整个换热器采用卧式安装，安装图见图纸21。,2020/6/30,46,九、参考资料,化工原理上册 化学工业出版社，谭天恩主编，1990年。 基础化学工程 上海科学技术出版社，编写组，1980年。,2020/6/30,47,十、对一些问题的说明,列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单、坚固、容易制造、材料范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。,2020/6/30,48,由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对流传热系数大得多，根据壁温总是趋近于对流传热系数较大的一侧流体的温度实际情况，壁温与流体温度相差无几，因此本次设计不采用热补偿装置。,2020/6/30,49,Thanks Attention,Science and technology, especiall