1、蘇州科技學院化學生物與材料工程學院化工原理課程設計報告 列管式換熱器設計年級：專業：設計者姓名：學號：指導老師：完成日期：設計任務1、設計題目： 列管式換熱器的設計2、設計目的： 通過對列管式換熱器的設計，達到讓學生了解該換熱器的結構特點，并能根據工藝要求選擇適當的類型，同時還能根據傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。 3、 設計任務：某煉油廠用柴油將原油預熱。柴油和原油的有關參數如下表, 兩側的污垢熱阻均可取1.72×10-4m2·K/W，換熱器熱損失忽略不計，管程的**粗糙度=0.1mm，要求兩側的阻力損失均不超過0.4105Pa。試設計一臺適當的列管式換熱器。(y:學號后2位數字) 物料 比 熱 kJ/(kg·) 密 度 kg/m3 導熱系數 W/(m·) 粘度 Pa·s 工作壓力柴油 2.48 715 0.133 0.64×10-3 常壓原油 2.20 815 0.128 3.0×10-3 常壓（1） 生產能力和載熱體用量：原油 +200*1（2）*y kg/h柴油 +150*1（2）*y kg/h（2） 設備形式 列管式換熱器（3） 操作條件 原油：入口溫度=70，出口溫度=110 柴油：入口溫度=175，出口溫度T23. 設
3、計內容： (1) 設計方案的確定及流程說明(2) 換熱面積的估算(3) 管子尺寸及數目計算(4) 管子在管板上的排列(5) 殼體內徑的確定(6) 附件設計(選型)(7) 換熱器校核（包括換熱面積、壓力降等）(8) 設計結果概要或設計一覽表(9) 對本設計的評述或有關問題的分析討論（1）設計列管式換熱器時，通常都應選用標準型號的換熱器，為什么？ （2）為什么在化工廠使用列管式換熱*廣泛？ （3）在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒有擋板時，其對流傳熱系數的計算方法有何不同？ （4）說明列管式換熱器的選型計算步驟？（5）在換熱過程中，冷卻劑的進出口溫度是按什么原則確定的？ （6）說明常用換熱管的標準規
4、格（批管徑和管長）。 （7）列管式換熱器中，兩流體的流動方向是如何確定的？比較其優缺點？(10)參考文獻圖紙要求：用A3圖紙繪制換熱器一張：一主視圖，一剖面圖，兩個局部放大圖。 成績依據：設計說明書 （參考工作態度）目錄**章 文獻綜述**節 概述一、 換熱器的概念二、 換熱器的分類三、 列管式換熱器的標準簡介四、 列管式換熱器選型的工藝計算步驟五、換熱器設備應滿足的基本要求第二節 列管式換熱器結構及基本參數一、 管束及殼程分程二、 傳熱管三、 管的排列及管心距四、 折流板和支撐板五、 旁路擋板和防沖擋板六、 其他主要附件七、 列管式換熱器結構基本參數第三節 設計計算的參數選擇一、 冷卻劑和加
5、熱劑的選擇二、 冷熱流體通道的選擇三、 流速的選擇四、 流向的選擇第二章 列管式換熱器的設計計算**節 換熱面積的估算一、計算熱負荷二、 估算傳熱面積第二節 換熱器及主要附件的試選一、試選管型號二、換熱器結構一些基本參數的選擇第三節 換熱器校核一、核算總傳熱系數二、核算壓強降第四節 設計結果一覽表第三章 設計總結、感想及有關問題分析討論參考文獻**章?文獻綜述 **節?概述一、換熱器的概念?換熱器（英語翻譯：heat?exchanger），是將熱流體的部分熱量給冷流體，使流體溫度達到工藝流程規定的指標的熱量交換設備，又
6、稱熱交換器。二、換熱器的分類?根據列管式換熱器的結構特點，主要分為以下四種。以下根據本次的設計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。（1）?固定管板式換熱器?這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結余構簡單；在相同的殼體直徑內，排管*多，比較緊湊；由于這種結構式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發生介質的泄漏? 圖1-1 固定管板式換熱器（2
7、）U型管換熱器?U型管換熱器結構特點是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當殼體與U型環熱管由溫差時，不會產生溫差應力。U型管式換熱器(見圖1-2)的優點是結構簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束*內程管間距大，殼程易短路；內程管子壞了不能更換，因而報廢率較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。 圖1-2 U型管式換熱器（3）?浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結構如下圖1-3所示。其結構特點是兩端管板
8、之一不與外科固定連接，可在殼體內沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優點是黨環熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環熱管膨脹時，互不約束，不會產生溫差應力；管束可以從殼體內抽搐，便與管內管間的清洗。其缺點是結構較復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發生泄漏，造成兩種介質的混合。1-殼蓋；2-固定管板；3-隔板；4-浮頭鉤圈法蘭；5-浮動管板；6-斧頭蓋 圖1-3 浮頭式換熱器（4）填料函式換熱器? 其特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。填料函式換熱器的優點是結構較浮頭式換
9、熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內抽出，管內管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼程介質可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質不適用。三、列管式換熱器的標準簡介?列管式換熱器的設計、制造、檢驗與驗收必須遵循中華人民共和國國家標準?“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”?(GB?151)執行。按該標準，換熱器的公稱直徑做如下規定：卷制圓筒，以圓筒內徑作為換熱器公稱直徑，mm;鋼管制圓筒，以鋼管外徑作為換熱器的公稱直徑，mm。換熱器的傳熱面積：計算傳熱面積，是以傳熱管外徑為基準，扣
10、除伸入管板內的換熱管長度后，計算所得到的管束外表面積的總和（m2)。公稱傳熱面積，指經圓整后的計算傳熱面積。換熱器的公稱長度：以傳熱管長度（m)作為換熱器的公稱長度。傳熱管為直管時，取直管長度；傳熱管為U型管時，取U管的直管段長度。該標準還將列管式換熱器的主要組合部件分為前端管箱、殼體和后端結構?(包括管束）三部分，詳細分類及代號見文獻3，5。該標準將換熱器分為I、兩級，I級換熱器采用較高級冷拔傳熱管，適用于無相變傳熱和易產生振動的場合。級換熱器采用普通級冷拔傳熱管，適用于再沸、冷凝和無振動的一般場合。列管式換熱器型號的表示方法如下：1
11、 1**個字母代表前端管箱形式?2第二個字母代表殼體形式3第三個字母代表后端結構形式?2、公稱直徑（mm）? 對于釜式重沸器用分數表示，分子為管箱內直徑，分母為圓筒內直徑?3、管/殼程設計壓力（Mpa）。壓力相等時只寫Pt?4、公稱換熱面積（）?5、當采用Al, Cu, T
12、i?換熱管時，應在LN/d?后面加材料瓊等號，如LN/D?Cu?LN?-?-?-公稱長度?m?d?-?-?-換熱管外經?mm?6、管/殼程數。單殼程時只寫Nt?7、I-I級（換熱器）管束?采用較高級冷拔換熱管，適用于無相變傳熱和易產生振動場合?II-II級（換熱器）管束 采用普通級冷拔換熱管，適用于受沸、冷凝傳熱和無振動一般場合四、列管式換熱器選型的工藝計算步驟?1、計算熱負荷(不考慮熱損失)，由熱量
14、守恒可計算柴油出口溫度T2?2、計算逆流平均溫差?3、確定流體走向? ?4、換熱面積估算A估=Q/(K估×tm逆)?取換熱管的規格為25×2.5mm碳素鋼管(8.3kg/6m)。估算單管程的管子根數? 根據傳熱面積A估計算管子的長度L， 5、管程數Nt的確定?由于L數值太大，換熱器不可使用單管程的形式，必須用多管程。我們選擇管程的長度為6m，則Nt = L/6?(管程數通常選擇偶數)?R=(T1-T2)/(t2-t1)?S=(t2-t1)/(T1-t1
15、)?根據R，S的值，查化工原理教材中圖6-55(a)，得溫度校正系數?tm=tm逆6、求實際換熱面積A實際換熱管數為n=n?×Nt=?A實際=L×(×d0)?×?n?×Nt?7、選擇換熱器殼體尺寸?選擇換熱管為三角形排列，換熱管的中心距t=32mm。=nc=1.1n*外層換熱管中心線距殼體內壁距離：b'=(11.5)d0?殼體內徑：D= t (
16、 nc 1 ) + 2b圓整后，換熱器殼體圓筒內徑為D=550mm，殼體體的標記：筒體?DN550?=8? L=5910。筒體材料選擇為Q235-A，單位長度的筒體重110kg/m,殼體總重為110*(5.910-0.156)=?632.94kg。（波形膨脹節的軸向長度為0.156m?）8、確定折流擋板形狀和尺寸?9、波形膨脹節?10、傳熱系數K的計算?11、壓強降的計算?厚度選擇8mm。長度定為5996mm。殼五：列管式換熱器應滿足的基本要求?（1）合理地實現所規定的工
17、藝條件?傳熱量、流體的熱力學參數（溫度、壓力、流量、相態等）與物理化學性質（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規定的條件。設計者應根據這些條件進行熱力學和流體力學的計算，經過反復比較，使所設計的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內傳遞盡可能多的熱量。其具體做法如下。大傳熱系數。在綜合考慮流體阻力及不發生流體誘發振動的前提下，盡量選擇高的流速。提高平均溫差。對于無相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因為這樣不僅可提高平均溫差，還有助于減少結構中的溫差應力。在允許的條件時，可提高熱流體的進口溫度或降低冷流體的進口溫度。妥善布置傳熱面。例如在管殼式換熱器中
18、采用合適的管間距或排列方式，不僅可以加大單位空間內的傳熱面積，還可以改善流體的流動特性。錯列管束的傳熱方式比并列管束的好。如果換熱器中的一側有相變，另一側流體為氣相，可在氣相一側的傳熱面上加翅片以增大傳熱面積，更有利于熱量的傳遞。（2）安全可靠?換熱器是壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應力以及疲勞壽命計算時，應遵照我國鋼制石油化工壓力容器設計規定與鋼制管殼式換熱器設計規定等有關規定與標準。這對保證設備的安全可靠起著重要的作用。（3）有利于安裝、操作與維修?直立設備的安裝費往往低于水平或傾斜的設備。設備與部件應便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨
19、礙，根據需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設保溫層。（4）經濟合理?評價換熱器的*終指標是：在一定的時間內（通常為1年）固定費用（設備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為*小。在設計或選型時，如果有幾種換熱器都能完成生產任務的需要，這一指標尤為重要。動力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高又有利于傳熱，因此存在一*適宜的流速。傳熱面上垢層的產生和增厚，使傳熱系數不斷降低，傳熱量隨之而減少，故有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部分費用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補償，因此存在一*適宜的運行周期。嚴格
20、地講，如果孤立地僅從換熱器本身來進行經濟核算以確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠**的，應以整個系統中全部設備為對象進行經濟核算或設備的優化。但要解決這樣的問題難度很大，當影響換熱器的各項因素改變后對整個系統的效益關系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經濟核算仍然是可行的。第二節：列管式換熱器結構及基本參數一：管束及殼程分程?1、管束分程：為了解決管束增加引起管內流速及傳熱系數降低的問題即將管束分程。在換熱器的一端或兩端的管箱中安置一定數量的隔板，一般每程中管束大致相等。注意溫差較大的流體應避免緊鄰，以免引起較大的溫差應力。管程分程的方案參見圖1.從制造、安裝、
21、操作的角度考慮，偶數管程有更多的方便之處，因此用得*多。但程數不宜太多，否則隔板本身占去相當大的布管用的面積，且在管程中形成旁路，影響傳熱。 圖2-1平行的與T形的管束分程圖2、殼程分程：殼程分程的型式見圖2，E型*為普通，為單殼程。F型與G型均為雙殼程，它們的不同之處在于殼側流體進出口位置不同。G型殼體又稱為分流殼體。當它用作水平的熱虹吸式再沸器時，殼程中的縱向隔板起著防止輕組分的閃蒸與增強混合的作用。H型和G型相似，只是進出口接管與縱向隔板均多一倍，故稱之為雙分流殼體。G型與H型均可用于以壓力降作為可控制因素的換熱器中。考慮到制造上的困難，一般的換熱器殼程數很少超過2倍。 圖2-2 換熱器
22、的殼程形式二、傳熱管?傳熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體，管徑可取小些。但對于不潔凈活易結垢的流體，管徑應取的大些，以免堵塞。此外，小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；對于相同的殼徑，可排列較多的管子。因此選擇小直徑的管子單位體積所提供的傳熱面積更大，設備更緊湊，但管徑小，流動阻力大，機械清洗困難，設計時可根據具體情況選擇適當的管徑。考慮到制造和維修的方便，加熱管的規格不宜過多。目前我國試行的系列標準規定采用25×2.5和19×2兩種規格，對一般流體是適應的。此外，還有57×2.5的無縫鋼管和25×2的
23、耐酸不銹鋼管。按選定的管徑和流速確定管子數目，再根據所需傳熱面積，求得管子長度。實際所取管長應根據出廠的鋼管長度合理截用。我國生產的鋼管長度多為6m、9m，故系列標準中管長有1.5,2,3,4.5,6,和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應與管徑相適應，一般管長與管徑之比，即L/D約為46。三、管的排列及管心距?1、管的排列：換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如圖2-3所示。 圖2-3 傳熱管的排列方式正三角形排列使用*普遍這是因為在同一管板上可以排列較多的管子，且管外傳熱系數較高，但管外不易機械清洗。
24、適用于殼程流體較清潔、不需經常清洗管壁的情況。正方形排列的傳熱管數雖然較正三角形排列得少，傳熱系數也較低，但便于管外表面進行機械清洗。當管子外表面需用機械清洗時，采用正方形排列。為了提高管外傳熱系數，且又便于清洗管外壁面，往往采用正方形錯列。同心圓形排列管子緊湊，且靠近殼體處布管均勻，在小直徑的換熱器中，管板上可排的管數比正三角形還多，這種排列法僅用于空分設備上。此外，對于多程列管式換熱器，常采用組合排列的方法，如每一程內采用三角形排列，而在各程之間，為了便于安排隔板，則采用正方形排列方法?4。在此項目設計中選擇換熱管的規格為252.5碳鋼管，管子成正三角形排列。2、管心距：管板上兩管子中心距離t稱作管間距。管間距取決于管板的強度、清洗管子外表面時所需的空隙，管子在管板上的固定方法等。當管子采用焊接方法固定時，相鄰兩根管的焊接太近，會相互受到影響，使焊接質量不易保證，一般取t=1.25d0（d0為管子外徑）。當管子采用膨脹固定時，過小的管間距會造成管板在脹接時由于擠壓力的作用發生變形，失去管子與管板之間的連接力，故一般采用t=（1.31.5）d0。常用的d0與t的對比關系見表3。 表3 管殼式換熱器d0與t的關系換熱器外徑 10 14 19 25 32 38 45 57d0/mm 換熱器中心距 14 19 25
26、32 40 48 57 72 l/mm四、折流板和支撐板?列管式換熱器的殼程流體流通面積比管程流通截面積大，在殼程流體屬對?流傳熱條件時，為增大殼程流體的流速，加強其湍動程度，提高殼程給熱系數，需設置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類，單殼程的換熱器僅需設置橫向折流板，多殼程換熱器不但需要設置橫向折流板，而且需要設置縱向折流板將換熱器分為多殼程結構。對于多殼程換熱器，設置縱向折流板的目的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實現多殼程結構，減小多管程結構造成的溫差損失。橫向折流板同時兼有支承傳熱管，防止產生振動的作用。
27、其常用的型式有弓形折流板和圓盤-圓環形折流板。弓形折流板結構簡單，性能優良，在實際設?計中*為常用。弓形折流板切去的圓缺高度一般是殼體內徑的10%40%，常用值為20%25%。折流板間距，在阻力允許的條件下盡可能小，允許的折流板*小間距為殼體內徑的20%或50?mm?(取兩者中的較大值）。折流板間距一般不能大于殼體內徑，否則會使殼程流體不是垂直流過管束，致使殼程給熱系數有所下降。臥式換熱器弓形折流板的圓缺面可以水平或垂直裝配，如圖2-10和圖2-11所示。水平裝配，可造成流體的強烈擾動，傳熱效果好，一般無相變傳熱均采用這種排列方
28、法。垂直裝配主要用于臥式冷凝器、再沸器或流體中帶有固體顆粒的場合，以有利于冷凝器中的不凝氣和冷凝液的排放。具有橫向折流板的換熱器不需另設支承板，但當工藝上無安裝折流板的要求時，則應考慮設置一定數量的支承板，以防止因傳熱管過長而變形或發生振動。一般支承板為弓形，其圓形缺口高度一般是殼體內徑的40%45%。支承?板的*大間距與管子直徑和管壁溫度有關，也不得大于傳熱管的*大無支撐跨距（見表2-5)。 表2-5 *大無支撐跨距/mm換熱器外徑/d*大無支撐跨距 100 500 900 200 500 800 200 五、旁路擋板和防沖擋板
29、 1、旁路擋板?旁路擋板也稱密封條，是化工生產中換熱器設備的內件之一。它主要是為了防止由殼體和管束之間的旁流（C流路）。旁路擋板沿著殼體嵌入到已銑好凹槽的折流板內，與折流板焊接牢固。它一般是成對設置的，一般只設置一對。它的厚度可取折流板相同的厚度。旁路擋板的數量推薦如下：?公稱直徑500mm時，一對擋板；500mm 31、取。值得一提的是，在選取標準換熱器時，需注意接管的尺寸應與輸送該流體的管道尺寸保持一致。七、列管式換熱器結構基本參數1、固定管板式換熱器標準系列JB/T?4715-92標準中規定了固定管板式列管換熱器的型式、基本參數、列管排列形式、折流板的型式和拉桿及定矩管的規格及數量等。其基本參數包括以下各項。（1）公稱直徑DN?鋼管制圓筒：159，219，273，325mm?卷制圓筒：400，450，500，600，700，800，900，100 32、0，（1100），1200，（1300），1400，（1500），1600，（1700），1800mm?（2）公稱壓力PN?0.25，0.60，1.00，1.60，2.50，4.00，6.40MPa?（3）換熱管長度L?1500，2000，3000，4500，6000，9000mm?（4）換熱管規格及排列形式（表1-8） 表1-8換熱器規格及排列形式換熱管外徑×壁厚（d×）/mm排列形式管間距碳素鋼、低合金 33、鋼不休耐酸鋼25×2.525×2正三角形3219×219×225（5）折流板間距（表1-9）? ?表1-9?折流板（支承板）間距公稱直徑DN/mm管長/mm折流板間距/mm<=500<=___<=6000_____1 34、_、浮頭式列管換熱器?浮頭式列管換熱器標準系列JB/T?4714-92中的主要參數為：?公稱直徑DN?導流筒換熱器? ?鋼管制圓筒：325，426mm? 卷制圓筒：400，500，600，700，800，900，1000，（11 35、00），1200，（1300），1400，（1500)，1600，(1700)，1800mm? ?外導流筒換熱器? ?卷制圓筒：500，600，700，800，900，1000mm?冷凝器鋼管制圓筒：426mm?冷凝器卷制圓筒：400，500，600，700，800，900，1000，（1100），1200，（ 36、1300），1400，（1500)，1600，(1700)，1800mm?（2）公稱壓力PN? 換熱器：1.0，1.6，2.5，4.0，6.4MPa?冷凝器：1.0，1.6，2.5，4.0MPa?（3）換熱管? ?換熱管種類：光管和螺紋管? 換熱換長度L：3，4.5，6，9m?換熱管規格和排列形式（見表1-10） 表1-10 37、換熱器規格和排列形式換熱管外徑×壁厚（d×）/mm排列形式管間距/mm碳素鋼、低合金鋼不休耐酸鋼19×219×2正三角形2525×2.525×232（4）折流板間距S（見表11）由于JB/T?4715-92和JB/T?4714-92是在GB?150-1998、GB?151-1999以及勞動部壓力容器安全技術檢測規程頒布之前編寫的，所以在選用該標準系列時應按規程及GB?150、GB?151對技術特性等要求進行補充。 表1-11折流板（支承板）間距L/mDN/mS/m3<= 38、700100150200_4.530鹽水015用于低溫冷卻氨蒸汽低于15用于冷凍工業除低溫及冷凍外，冷卻劑應優先選用水。水的初溫由氣候條件決定，關于水的出口溫度及流速的確定， 39、提出下面幾點供參考：?（1）水與被冷卻流體之間一般應有5°C35?°C的溫度差； （2）水出口溫度一般不超過4 0°C50?°C，在此溫度以上溶解于水中的無機鹽將會析出，在壁面上形成污垢。 表3-2 常用的加熱劑加熱劑名稱溫度范圍飽和水蒸汽100即可達到湍流；但這不是**的，如流動阻力損失允許，將這種液體通入管內并采用多管程結構，反而能得到更高的給熱系數。三、流速的選擇?換熱器內液體速度大小必須通過經濟核算進行選擇。因為流速增加，給熱系數增大 41、同時亦減少了污垢在管子表面沉積的可能性，降低了垢層的熱阻，從而使傳熱系數K值提高，所需傳熱面積減小，設備投資費也減少。但隨著流速的增加，液體阻力也相應增加，動力消耗增大，使操作費增加。因此，選擇適宜的流速是十分重要的，一般應盡可能使管程內流體的>?104?(同時也要注意?其他方面的合理性）；粘度高的流體常按層流設計。根據經驗，在表2-12、表2-13?中列出了?一些工業上常用流速的范圍，以供參考。 表3-3 列管式換熱器內常用的流速范圍液體種類流速/m/s管程殼程一般液體0.530.21.5易結垢液體>1>0.5氣體5303 42、15 表3-4 不同黏度液體的流速（以普通鋼壁為例）液體黏度/mPa.S*大流速/m/s液體黏度/mPa.S*大流速/m/s>.....1<12.4四、流向的選擇流向的選擇就是決定并流、逆流還是復雜流動。對于無相變傳熱，當冷、熱流體的進、出口溫度一定時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流量，所需傳熱面積較小。就增加傳熱推動力而言，逆流操作總是優于并流。但在實際換熱器內，純粹的逆流和并流是不多見的。當采用多管程和多殼程時，換熱器內流體的流動形式較為復雜。此時需要根據純逆流平均推 43、動力和修正系數ip來計算實際推動力，(p的數值應大于0.8，否則應改變流動方式。第二章、列管式換熱器的設計計算某煉油廠用柴油將原油預熱。柴油和原油的有關參數如下表,兩側的污垢熱阻均可取1.72×10-4m2·K/W，換熱器熱損失忽略不計，管程的**粗糙度=0.1mm，要求兩側的阻力損失均不超過0.2×105Pa。試設計一臺適當的列管式換熱器。(y:學號后2位數字)?物料比熱KJ/（kg. ）密度Kg/m2導熱系數W/(m. )黏度Pa . s工作壓力柴油2..1330.64×10-3常壓原油2.20 44、8150.1283.0×10-3常壓（1）生產能力和載熱體用量：?原油??+200*1*6=?kg/h?柴油??+150*1*6=?kg/h（2）操作條件：?原油：入口溫度t1=70，出口溫度t2=110?-?柴油：入口溫度T1=175，出口溫度T2**節 換熱面積的估算一、計算熱負荷Q=qm1Cp1(t2-t1)=*2.20*(110-70)= KJ由 qm1Cp1(t2-t1)=qm2Cp2(T1-T2) 得*2.20*（110-70）=*2.48*（175-T2）T2=132.3 二、計算逆流平均溫差tm逆=（T1-t2）-(T2-t1)T1-t2T2-t1=(175-110)-(132.3-70)175-.3-70=63.64 S=t2-t1T1-t1 =1 46、10--70=0.381r=T1-T2t2-t1=175-132.3110-70=1.0675r1=（r 2+1）=1.+1=1.4627則溫差修正系數=0.925tm=tm逆=0.925*63.64=58.87 三、確定流體走向由于原油溫度低于柴油，為減少熱損失和充分利用柴油的熱量，選擇原油走殼程，柴走管程。四、估算傳熱面積由化工原理課程設計查表，取K值=200W/（m2·K）。估算傳熱面積為?A估=Q/(K*tm逆)= *1000/(200*58.87*3600)=89.69m2第二節 換熱器及主要附件的試選一、試選選管型號 47、主要附件的選擇?1、接口及法蘭的選型?（1）管口A?管口A為柴油出口?接?管管徑的確定：?流量為kg/h，密度為715?kg/m3，相當于q=?/715/3600=0.0139m3/s。柴油為低粘度流體，在接管中的合理流速u=12m/s。本設計取u=1m/s。則接管的內徑=4qu=4*0. .14*1=0.133 m=133 mm。接管的外徑選擇為159mm，壁厚選擇為4.5mm，材質為20鋼，每米管子的重量17. 48、14kg（GB-T?-1998?無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差）。接管長度的選擇：?接管的長度L選擇150mm，則重量為2.6kg。接管的標記：接管?159×4.5?L=150?接管法蘭的選擇：?查大學工程制圖（華東理工大學出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=159mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=150mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為 49、Q235-A，標記為：HG?法蘭?PL?150(B)-0.6?RF?Q235-A。重量為5.14kg。該法蘭有8個均布在外周的螺孔，使用8個M16螺栓、螺母、墊片與工藝管道連接。（2）管口B?管口B為原油出口。原油的流量為kg/h，密度為815?kg/m3，所以q=/815/3600=0.m3/s,原油在接管中的合理流速為1.2m/s，則接管的 50、內徑=4qu=4*0. .14*1.2 =0.125 mm=125 m。選擇接管的外徑、壁厚、材質、長度和接口法蘭都與管口A的相同。（3）管口C?管口C為排氣口。接管管徑的確定：?接管的外徑選擇32mm，壁厚選擇為3.5mm，材質為20鋼，每米管子的重量2.46kg（GB-T?-1998?無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差）。接管長度的選擇：?接管的長度L選擇150mm，則重量為0.369kg。接管的標記：接管?32& 51、#215;3.5?L=150?接管法蘭的選擇：?查大學工程制圖（華東理工大學出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=32mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=25mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標記為：HG?法蘭?PL?25(B)-0.6?RF?Q235-A。該法蘭有4個均布在外周的螺孔，使用4個M10螺栓、螺母、墊片與配套的法蘭蓋裝 52、配。（4）管口D?管口D?為原油進口。接管、法蘭與管口A和B的完全相同。（5）管口E?管口E為排污口?接管管徑的確定：?接管的外徑選擇57mm，壁厚選擇為3.5mm，材質為20鋼，每米管子的重量4.62kg。接管長度的選擇：?接管的長度L選擇150mm，則重量為0.693kg。接管的標記：接管?57×3.5?L=150?接管法蘭的選擇：?查大學工程制圖（華東理工大學出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=57mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=50mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標記為：HG?法蘭?PL?50(B)-0.6?RF?Q235-A。重量為1.51kg。該法蘭有4個均布在外周的螺孔，使用4個M12螺栓、螺母、墊片與配套的法蘭蓋裝配。（6）管口F 54、管口F為柴油進口接管、法蘭與管口A、B和D的完全相同。2、左管板的選型?（1）管板厚度：?化工設備機械基礎(化學工業出版社，2008)中有表16-8?管板厚度表。管板的設計壓力為管、殼程設計壓力中的大者。當設計壓力小于1MPa時，取為1MPa；表中的設備殼體內徑×壁厚*接近本課程設計值的是600×8；管、殼程的溫度差=151.66-86=65.66；根據上述的設計壓力、殼體內徑×壁厚以及溫度差，查表得管板的厚度=42mm。管板材料為16Mn（鍛件）。（2）管板形狀 55、：?管板同時起到法蘭的作用，密封面為凸面，可以和管箱的法蘭(密封面為凹面)連接。管板直徑與管箱法蘭的相同，為665mm。外周均布24個18螺孔，管板重量約為：(4×0.6652-188×4 ×0.0252-24×4 ×0.0182)×0.042×7800=82Kg管板的形狀大致如下圖：(3)管板的開孔?開孔和管程隔板密封槽分布情況：?左管板共有192個安裝換熱管的開孔和8個拉桿安裝孔以及2道管程隔板密封槽（見設備圖）。安裝換熱管的開孔尺寸：?為了便于 56、在管板上焊接換熱管，開孔的孔徑比換熱管的外徑大0.4?mm,即25.4?mm。開孔形狀見設備圖。（或者:為了便于在管板上脹接換熱管，開孔的孔徑比換熱管的外徑大0.3?mm,即25.3mm。開孔內表面有兩道環向的槽，槽深0.5mm。管板開孔形狀和內表面環向槽的位置、尺寸見下圖：拉桿安裝孔和管程隔板密封槽的尺寸見設備圖。3、換熱管的選擇：?1)?選擇20鋼材質的無縫鋼管，規格：25×2.5。2)?換熱管的長度為6000mm。3)?換熱管與管板連接采用焊接。(或者:換熱管與 57、管板連接采用脹接。)?具體見設備圖。4、左管箱短節的選擇：?1）左管箱短節的內徑與壁厚：?左管箱短節為圓柱筒體，內徑與壁厚選擇與設備殼體相同。2）左管箱短節的長度：? 左管箱短節連接A和F管口。選擇左管箱短節的長度為管口接管公稱直徑的兩倍，即150×2=300mm。選擇Q235-A材料制作，單位長度的短節重110kg/m,總重約為110×0.300=33kg。左管箱短節的標記：筒體?DN550?=8?L=300。3）左管箱短節的材質選 58、擇?材質選擇與換熱器殼體相同：Q235-A?5、左管箱封頭的選擇：選擇公稱直徑為550mm的標準橢圓封頭。壁厚與殼體相同，也是8mm。材質也是Q235-A。重量約24kg。標記：EHA?550×8-Q235-A?JB/T?4746-2002。6、左管箱隔板的選擇：?1）材質選擇普通的碳素鋼：Q235-A。2）管箱隔板厚度的選擇：?由于管程壓強降較小，用公式計算隔板厚度會小于GB151規定的隔板*小厚度（換熱器公稱直徑 0.9,說明換熱器采用單殼程，四管程的結構是合適的。tm=×tm逆=0.925×63.64=58.87。2、求實際換熱面積A實際換熱管數為n ×Nt=44×4=176A實際=L×(×d0) ×n = 6×(×0.025) ×44×4=82.90 m23、選擇換熱器殼體尺寸選擇換熱管為三角形排列，換熱管的中心距t=1.25d0=31.25mm32mm。*外層換熱管中心線距殼體內壁距離：b'=(1 1.5)d0 殼體內徑： 32(15-1)+2*1.25*25=510.5 mm圓整后，換熱器殼體圓筒內徑為D=600mm，殼體厚度選擇8mm 部分內容來源于網絡，僅用于學習分享，如發現有侵權，請及時聯系刪除，謝謝。
