列管式換熱器設(shè)計2

1、工藝設(shè)計書列管式換熱器設(shè)計摘要：首先，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，結(jié)合換熱介質(zhì)的物性標(biāo)準(zhǔn)確定傳熱器的類型。其次，根據(jù)流體流動及傳熱等章節(jié)中關(guān)于流動阻力、傳熱面積的計算，初步確定達(dá)到設(shè)計要求所要的傳熱面積，確定傳熱器的大致尺寸，爾后經(jīng)過壓降校核、傳熱校核，確定傳熱器尺寸。最后，通過化工機(jī)械設(shè)計確定換熱器各附件的尺寸。關(guān)鍵詞：列管式換熱器 設(shè)計 任務(wù)書 裝配圖The Design of Tubular Heat ExchangerSummary: First of all, according to the design plan requirements, we can combined with h

2、eat transfer medium of heat transfer properties of the standard to determine the type of device. Second, according to theories of fluid flow and heat transfer calculations on the flow resistance, heat transfer area, we can initially set to meet the heat transfer area of the design requirements, and

3、to determine the approximate size ,and then to determine size after checking the pressure drop, heat transfer. Finally , according to theories of chemical mechanical design ，we can determine the size of all attachments of heat exchangers.Keywords: tube heat exchanger design plan assembly drawing第一部分

4、 化工設(shè)備設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計名稱：列管式換熱器的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)及操作條件： 1、設(shè)計任務(wù)：處理能力：W S t/a煤油；19.8×105 設(shè)備形式：臥式列管式換熱器。 2、操作條件煤油：入口溫度150，出口溫度50；冷卻介質(zhì)：為循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度50；允許壓降：不大于105Pa；.每天按330天，每天按24小時連續(xù)運(yùn)行。三、設(shè)計要求選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。附：煤油列管式冷卻器的設(shè)計工藝計算書第二部分 煤油臥式列管式冷卻器的設(shè)計工藝計算書一、根據(jù)任務(wù)要求，確定設(shè)計方案1、類型的選擇 根據(jù)設(shè)計要求，由于殼程與管程的溫差大于100，故采用浮頭式換熱器；2、流動路線的

5、確定 為了便于散熱，被冷卻的煤油應(yīng)走殼程；3、冷卻介質(zhì)及其物性 按照已知條件給出，冷卻介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，進(jìn)口溫度為30，出口溫度為50 ；被冷卻的介質(zhì)為煤油，進(jìn)口溫度為150，出口溫度為50。因此平均溫度下水和煤油的物性如下表：物性流體定性溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·)煤油1007660.5452.380.1042冷卻水409940.7194.1740.624、流速的選擇 冷卻水在管內(nèi)的流速取0.5m/s 二、初算換熱面積1、熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)的消耗量煤油每小時： 按煤油降溫所需計算換熱器的熱流量：冷卻水消耗量：2、計算平

6、均溫差，并確定管程選取逆流取向，先按單殼程單管程考慮，計算出逆流平均溫差：計算參數(shù)P及R：按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程圖，因在圖上難以取。由于單殼程雙管程屬于1-2折流，現(xiàn)用1-2折流的公式計算平均溫度差其中，由于校正系數(shù)小于0.8，不滿足設(shè)計要求，故應(yīng)采用多個相同規(guī)格的換熱器串聯(lián)，以代替R，PR代替P，查雙殼程圖線得。則有3、按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù) 選取4、初算所需的傳熱面積三、主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計算1、換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選擇選用的20號無縫鋼管，管內(nèi)流速為0.5m/s。2、換熱管數(shù)量及長度的確定根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)（根）按雙殼程單管程計算所需換熱管的長度若采用3m長

7、的管，2管程，則一臺換熱器的總管數(shù)為根3、 管子的排列方式與管板的連接方式的選定采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數(shù)（根）取 根4、 計算外殼內(nèi)直徑式中，換熱器的內(nèi)徑，mm；b正六角形對角線上的管子數(shù)，b= 17； 最外層管子的中心到隔壁邊緣的距離，取。故mm圓整后取殼體的內(nèi)徑為700mm。因?yàn)殚L徑比，在范圍46之內(nèi)，故合適。5、 畫出排管圖中心排管有19根時，按正三角形排列,不記折流板弓形部分時可排271根，除去8根拉桿和8根定距管的位置，實(shí)際排出管數(shù)為255根，與上述計算結(jié)果基本相符。因此，實(shí)際管子數(shù)N=n=255根6、 計算實(shí)際傳熱

8、面積及傳熱過程的總傳熱系數(shù)7、 折流板直徑、數(shù)量及有關(guān)尺寸的確定查表79得，折流板直徑 切去弓形高度 折流板數(shù)量取折流板間距 ，那么取整得 塊實(shí)際折流板間距 8、 拉桿的直徑和數(shù)量與定管距的選定選用鋼拉桿，數(shù)量8條。定距管采用與換熱管相同的管子，即鋼管。9、 列出所設(shè)計換熱器的基本參數(shù)外殼直徑： 換熱面積： 換熱管數(shù)目： 管長： 管子規(guī)格： 管中心距： 管子排列方式：正三角形管程數(shù)： 2殼程數(shù)： 2拉桿數(shù)： 8根拉桿直徑： 折流板數(shù)： 塊折流板間距： 定距管： 與換熱管相同規(guī)格通過管板中心的管子數(shù)： 10、 阻力損失計算 管程阻力損失管程流通面積 流速 雷諾數(shù) 摩檫系數(shù) 取鋼管的絕對粗糙度，得

9、相對粗糙度根據(jù)，查圖 ，得管內(nèi)阻力損失 回彎阻力損失管程總損失 殼程：折流板間距取計算截面積 計算流速 雷諾數(shù) 摩檫系數(shù) 折流板板數(shù) 塊 管束損失缺口損失 殼程損失 核算下來，管程殼程的阻力損失都不超過0.1MPa，又不是太小，適用。11、傳熱計算管程傳熱系數(shù)。已知雷諾數(shù)普蘭德數(shù) 殼程傳熱系數(shù)。已知雷諾數(shù)而 按克恩公式 計算，其中煤油被冷卻，小于1，可取0.95故W/傳熱系數(shù)。按管外面積計算，濾去壁厚熱阻 比較與，計算結(jié)果在理想范圍內(nèi)，故選 擇的換熱器合適。 四、換熱器主要構(gòu)件尺寸及接管尺寸的確定換熱器的主要構(gòu)件有封頭、筒體封頭、管板、筒體、折流板（支承板）、支座等。主要接管有：流體進(jìn)、出口接

10、管、排氣管、排液管等。1. 筒體（殼體）壁厚的確定材料選用20R，計算壁厚為式中 計算壓力，取=1.0MPa；=700mm；查表48得，；查附表95得，（設(shè)殼壁溫度為100）故查表411得，；查表49得，根據(jù)換熱管內(nèi)徑，圓整后得校核水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度式中（t<200, ）則 而 可見，所以水壓水壓強(qiáng)度試驗(yàn)足夠。2換熱器封頭選擇 上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，封頭為，曲面高度，直邊高度，材料選用20R鋼。3容器法蘭選擇 材料選用16MnR。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選用DN 700，PN 1.6MPa的榫槽密封面長頸對焊法蘭。法蘭尺寸如下表 單位：mm公稱直徑DN長頸對焊法蘭 PN=1.6MPaD70

11、086081577676676346115353118162612174管板尺寸的確定選用固定換熱器管板，并兼作法蘭，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得（取管板的公稱壓力為1.6MPa）的碳鋼管板尺寸，如圖所示5流體進(jìn)、出口接管直徑的計算殼程煤油進(jìn)出口接管，取，那么經(jīng)圓整采用熱軋無縫鋼管（YB231-64），實(shí)際殼程煤油進(jìn)、出口管內(nèi)流速為冷卻水進(jìn)、出口接管，取，那么經(jīng)圓整采用熱軋無縫鋼管（YB231-64），實(shí)際管程冷卻水進(jìn)、出口管內(nèi)流速為6、管子拉脫力計算計算數(shù)據(jù)如下表項目管子殼體操作壓力/MPa0.90.9材質(zhì)20鋼20R線膨脹系數(shù)/（1/）彈性模量/MPa許用應(yīng)力/MPa130133尺寸/mm管子根數(shù)235管

12、殼溫差/管子與管板連接方式開槽脹接脹接長度/mm43mm許用拉脫應(yīng)力/MPa4.0在操作壓力下，管子每平方米脹接周邊上所受到的力其中 溫差應(yīng)力導(dǎo)致管子每平方米脹接周邊上所受到的力其中 則 由已知條件可知，與的作用相同，都使管子受壓，則管子的拉脫力：因此，拉脫應(yīng)力在許用范圍內(nèi)。7、計算是否安裝膨脹節(jié)管、殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力壓力作用于殼體上的軸向力：其中 則壓力作用于管子上的軸向應(yīng)力：則 根據(jù)GB1511999管殼式換熱器條件成立，故本換熱器不必安裝膨脹節(jié)。8開孔補(bǔ)強(qiáng)a、確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑由已知條件可知?dú)んw的計算厚度，接管的計算厚度為（以冷卻水進(jìn)出口接管為例，由上可知冷卻管直徑，

13、材質(zhì)為20號鋼管）式中 計算壓力，取=1.0MPa；=133mm；查表48得，；查附表93得，（設(shè)殼壁溫度為40）計算得 開孔直徑為 b、確定課題和實(shí)際厚度、開孔有效補(bǔ)強(qiáng)厚度B及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)厚度已知?dú)んw的名義厚度，接管名義厚度接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為：接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)厚度：c、計算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積：需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積：可以補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積：d、e、比較與，>，同時計及接管與殼體焊接面積之后，該開孔接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠。8、支座選用殼體質(zhì)量：的筒體單位長度的筒體質(zhì)量為 則 封頭質(zhì)量： 直邊高度的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量，所以 水的質(zhì)量：式中，裝量系數(shù)取1.0。儲罐體積 則 附

14、件質(zhì)量： 管子質(zhì)量 單重5.21kg 有 法蘭質(zhì)量 法蘭質(zhì)量87.5kg則 設(shè)備總質(zhì)量 =525+90+1260+1225+350 =3450kg支座應(yīng)力計算每個支座只承受17.5kN負(fù)荷，可選用重型B1型，120度包角，焊制，雙筋，帶墊板的鞍座。第三部分 浮頭式換熱器主要設(shè)計參數(shù)流程1殼程管程流體名稱2煤油水總流量32500071400進(jìn)出口4進(jìn)口出口進(jìn)口出口液體量525000250006600066000流體相態(tài)6液體液體液體液體操作溫度7150503050密度8766766994994黏度90.0005450.000719導(dǎo)熱系數(shù)100.10240.62比熱1122204174流速120

15、.970.50壓降1311312.326043污垢系數(shù)140.000420.000172傳熱量151.54E+006對數(shù)平均溫差1647.71總傳熱系數(shù)17297.7.7設(shè)計溫度1815050設(shè)計壓力191.01.0程數(shù)202.02.0材質(zhì)21管子CS殼體CS管板CS封頭CS換熱管22管數(shù) 根255內(nèi)徑 m0.02管長 m3.0外徑 m0.025中心距 m0.032排列方式正三角形殼體23內(nèi)徑 m 0.7第四部分 換熱器裝配圖1技術(shù)特性表序號名稱指標(biāo)管程殼程1工作壓力/MPa0.90.92工作溫度/30-5050-1503物料名稱水煤油4傳熱面積53.82接管表序號接管法蘭標(biāo)準(zhǔn)密封面形式用途1PN1.6DN133H