列管式換熱器設(shè)計(jì)步驟.ppt

2019年6月23日星期日,第1頁(yè),列管式換熱器設(shè)計(jì),化工原理課程設(shè)計(jì),2019年6月23日星期日,第2頁(yè),設(shè)計(jì)題目,擬用200Kpa的飽和水蒸氣將常壓下20的苯加熱到80， 苯的質(zhì)量流量為50t/h單號(hào) 苯的質(zhì)量流量為40t/h雙號(hào) 試設(shè)計(jì)一列管式換熱器。 已知倉(cāng)庫(kù)中現(xiàn)有252.5mm，長(zhǎng)6m的碳鋼鋼管,2019年6月23日星期日,第3頁(yè),設(shè)計(jì)內(nèi)容,設(shè)計(jì)說(shuō)明書 布管圖 187 169 114 裝配圖 187 169,2019年6月23日星期日,第4頁(yè),設(shè)計(jì)說(shuō)明書,封面 目錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書 前言 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 附表及相關(guān)機(jī)械元件尺寸 設(shè)計(jì)說(shuō)明,2019年6月23日星期日,第5頁(yè),設(shè)計(jì)步驟,一、確定定性溫度、物性數(shù)據(jù) 二、換熱器的類型及流體走向 三、工藝計(jì)算 四、換熱器尺寸的初步確定 五、校核計(jì)算 六、進(jìn)出口管徑 七、校核流體壓力降,2019年6月23日星期日,第6頁(yè),一、確定定性溫度、物性數(shù)據(jù),苯的物性數(shù)據(jù) t1 、t2 、tm 、 、CP2 、2 、2 水蒸汽的物性數(shù)據(jù) Ts 、 、 同溫度下水的物性 、 、,2019年6月23日星期日,第7頁(yè),二、換熱器的類型及流體走向,臥式固定管板式換熱器 水蒸汽走殼程，苯走管程 不需要進(jìn)行熱補(bǔ)償 不需要加折流擋板,2019年6月23日星期日,第8頁(yè),三、工藝計(jì)算,1、熱負(fù)荷即傳熱速率Q 2、平均溫度差tm 3、選K值，估算傳熱面積A初,2019年6月23日星期日,第9頁(yè),1、熱負(fù)荷即傳熱速率Q,2019年6月23日星期日,第10頁(yè),2、平均溫度差tm,由于水蒸汽側(cè)的溫度不變，因此可以把兩流體的平均溫度差看作是逆流來(lái)計(jì)算 （雙管程）,2019年6月23日星期日,第11頁(yè),3、選K值，估算傳熱面積A初,根據(jù)條件K值在5801160 W/m2 （K 680W/m2）,選用安全系數(shù)1.151.25 A初A,2019年6月23日星期日,第12頁(yè),四、換熱器尺寸的初步確定,確定管程結(jié)構(gòu)尺寸 殼程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 換熱器長(zhǎng)徑比,2019年6月23日星期日,第13頁(yè),1、確定管程結(jié)構(gòu)尺寸,管子規(guī)格 初步設(shè)計(jì)總管數(shù) 校核流速、確定管程 管間距及排列方式,2019年6月23日星期日,第14頁(yè),（1）管子規(guī)格 庫(kù)存252.5mm，L3.0m的光滑碳鋼鋼管 取管內(nèi)苯的流速為u0 （0.60 m/s） 苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s,2019年6月23日星期日,第15頁(yè),（2）初步設(shè)計(jì)總管數(shù),n” 根三角形排列管數(shù)， 3a2+3a+1,圓整n”,2019年6月23日星期日,第16頁(yè),（3）校核流速、確定管程,管程,（一般雙管程）,2019年6月23日星期日,第17頁(yè),（4）管間距及排列方式 管間距t（1.251.3）d0 采用三角型排列 根據(jù)總管數(shù)n”確定層數(shù)a， 是否弓形排管，確定NT 最外層六角形對(duì)角線上管數(shù) NTb2a+1 采用脹管法排列,2019年6月23日星期日,第18頁(yè),2、殼程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),殼體內(nèi)徑 Dt（NTb1）+ 2 b t 管間距 NTb 最外層六角形對(duì)角線上管數(shù) b 六角形最外層管中心到殼體內(nèi) 壁距離，取b（11.5）d0 殼體內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)圓整到Dmm,2019年6月23日星期日,第19頁(yè),中心拉桿n3根 直徑12mm 雙管程隔板少排NTb根 實(shí)際管數(shù)nNTNTbn3 雙管程，每程n/2根排列管子 實(shí)際流速u ，與初設(shè)苯流速u0 校核,2019年6月23日星期日,第20頁(yè),3、換熱器長(zhǎng)徑比,確定長(zhǎng)徑比的取值范圍,2019年6月23日星期日,第21頁(yè),五、校核計(jì)算,1、校核總傳熱系數(shù)K值 2、校核壁溫TW 3、校核傳熱面積A,2019年6月23日星期日,第22頁(yè),1、校核總傳熱系數(shù)K值,管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)2 管外對(duì)流傳熱系數(shù)1 污垢熱阻及管壁熱阻,2019年6月23日星期日,第23頁(yè),（1）管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)2,被加熱,2019年6月23日星期日,第24頁(yè),（2）管外對(duì)流傳熱系數(shù)1,n為水平管束垂直列上的管數(shù) 弓形排管n8，弓形不排管n7 假設(shè)管外壁溫TW（115.6）,2019年6月23日星期日,第25頁(yè),（3）污垢熱阻及管壁熱阻 苯側(cè)污垢熱阻RS21.7610-4m2/W 蒸汽冷凝污垢熱阻相對(duì)比較小， 水蒸汽側(cè)污垢熱阻可以忽略不計(jì)， 碳鋼鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)45 W/m2,2019年6月23日星期日,第26頁(yè),（4）校核K值 以外表面計(jì)算：,計(jì)算K值與原設(shè)值K初比較 使相對(duì)誤差5%,2019年6月23日星期日,第27頁(yè),2、校核壁溫TW,結(jié)果與原假設(shè)值TW校核 （TW115.6）,2019年6月23日星期日,第28頁(yè),3、校核傳熱面積A,水蒸汽側(cè)Ts不變，一殼程雙管程換熱器平均溫度差與逆流平均溫度差相等。,2019年6月23日星期日,第29頁(yè),實(shí)際所需面積,實(shí)際提供面積,余度,2019年6月23日星期日,第30頁(yè),六、進(jìn)出口管徑,苯進(jìn)口管、出口管 水蒸汽進(jìn)口管徑 冷凝水排出口,2019年6月23日星期日,第31頁(yè),1、苯進(jìn)口管、出口管,取進(jìn)口流速u11m/s 進(jìn)口直徑,選用無(wú)縫熱軋鋼管（YB231-64）（1504.5mm，長(zhǎng)200mm）,2019年6月23日星期日,第32頁(yè),2、水蒸汽進(jìn)口管徑,蒸汽用量,富裕量3,蒸汽體積流量 VG 取蒸汽流速u20 m/s,選用無(wú)縫熱軋鋼管（YB231-64）（2196mm，長(zhǎng)200mm）,2019年6月23日星期日,第33頁(yè),3、冷凝水排出口,選用水煤氣管 42.253.25mm，長(zhǎng)100mm,2019年6月23日星期日,第34頁(yè),七、校核流體壓力降,管程總壓力降 殼程壓力降 殼程是飽和水蒸汽冷凝， 阻力很小，不校核其壓力降。,2019年6月23日星期日,第35頁(yè),管程總壓力降 （P272）,總壓力降計(jì)算公式,每程直管壓力降,每程局部阻力引起的壓降,校 核 Pt 3.0104Pa,2019年6月23日星期日,第36頁(yè), 管內(nèi)徑; 管長(zhǎng) 管程結(jié)垢校正系數(shù)， 三角形為1.5， 正方形為1.4； 殼程數(shù)，1； 一殼程的管程數(shù)，2 。,參數(shù)說(shuō)明,2019年6月23日星期日,第37頁(yè), 計(jì)算,取0.2mm，/d=0.01,查圖可知 （化工原理上冊(cè)P43圖128）,2019年6月23日星期日,第38頁(yè),八、換熱器尺寸及附屬部件,管間距： t32.5mm 殼體直徑：60010mm，內(nèi)徑D580mm 殼體材料：碳素鋼A3F，鋼板卷焊 管子尺寸：252.5mm，L3.0m，n164根，雙管程 布管圖 見(jiàn)圖紙2-2。,2019年6月23日星期日,第39頁(yè),6、管板,(1)管板材料：選用碳素鋼A4。 (2)管子在管板上的固定方法：焊接 (3)管板尺寸：Pg16kgf/cm2， （見(jiàn)講義P66表4-8） (4)管板與殼體的連接： 采用法蘭連接，拆開(kāi)頂板可檢修或清理管內(nèi)污垢，法蘭尺寸見(jiàn)講義P111115圖463及表427。,2019年6月23日星期日,第40頁(yè),（5）管板與分程隔板的連接:采用單層隔板，隔板材料與封頭材料一致，厚度s10mm。（見(jiàn)講義P77表419）,2019年6月23日星期日,第41頁(yè),7、封頭與管箱,封頭與管箱位于殼體的兩端。 （1）封頭的選擇：選用橢圓形封頭，Dg60010mm GB115473 （2）封頭尺寸：曲面高度150mm，直邊高度40mm。（講義P142附表12） 管程接口管與封頭為焊接，封頭與殼體為法蘭連接，法蘭尺寸與上同。,2019年6月23日星期日,第42頁(yè),管程進(jìn)出口接管直徑：選用無(wú)縫熱軋鋼管（YB231-64）1524.5mm 長(zhǎng)200mm。 支座的公稱直徑Dg600mm，每個(gè)支座承受的載荷為36.8噸，材料采用A3F碳素鋼；采用鞍形安裝。（尺寸見(jiàn)講義P117圖428b，表428） 整個(gè)換熱器采用臥式安裝，安裝圖見(jiàn)圖紙21。,2019年6月23日星期日,第43頁(yè),九、參考資料,列管式換熱器及其設(shè)計(jì)（講義） 山東輕工業(yè)學(xué)院，化工原理教研室編，1987年。 化工原理上冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社，譚天恩主編，1990年。 基礎(chǔ)化學(xué)工程 上海科學(xué)技術(shù)出版社，編寫組，1980年。,2019年6月23日星期日,第44頁(yè),十、對(duì)一些問(wèn)題的說(shuō)明,列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種換熱器，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、容易制造、材料范圍廣泛，處理能力可