換熱器說明書

1、換熱器工藝初步設計學生姓名：學號：專業(yè)： 環(huán)境工程班級：成績：指導教師：設計時間：2012年 12月 20日至2013 年 1月6日 環(huán)境與生命科學系列管式換熱器設計任務書一、設計任務及操作條件（1）處理能力：正戊烷23760kg/h；（2）設備型式：立式列管式換熱器；（3）操作條件：； 冷卻介質:循環(huán)水,流量為70000kg/h入口溫度32； 允許壓強降：不大于5000000Pa； 每年按300天計算,每天24小時連續(xù)運行。二、設計項目 1設計方案簡介：設計工藝流程圖；2換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積；3換熱器的主要結構尺寸設計；4主要輔助設備選型；5繪制換熱器總裝配圖。三、設計時間

2、2012年 12 月  20 日 2013 年 1 月 6日四、設計內容 1目錄；2設計題目及原始數據(任務書)；3論述換熱器總體結構(換熱器型式、主要結構)的選擇；4換熱器加熱過程有關計算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、殼體直徑等)；5設計結果概要(主要設備尺寸、衡算結果等)；6主體設備設計計算及說明；7參考文獻。目 錄1.簡述42.方案設計和擬定53換熱器類型的選擇63.1 流動空間及流速的測定6確定物性數據73.3 計算總傳熱系數73.3.1 熱流量73.3.2平均傳熱溫差73.3.3平均傳熱溫差校正7估算傳熱面積8換熱器結構尺寸的83.5.1 管徑和管內流速83.

3、5.2 管程數和傳熱管數83.5.3 傳熱管排列和分程方法93.5.4 殼體內徑103.5.5 折流板113.5.6 接管11殼程進口接管:11殼程出口接管:11管程接管12換熱器核算123.6.1 熱量核算123.6.1.1 殼程對流傳熱系數123.6.1.2 管程對流傳熱系數12污垢系數133.6.1.4 傳熱系數 K13換熱器的實際傳熱面積13核算管壁溫度143.6.3 換熱器內流體的流動阻力14計算壓強降144.換熱器主要結構尺寸和計算結果16附錄17參考文獻18列管式換熱器設計書根據列管式換熱器的結構特點，常將其分為固定管板式、浮頭式、U形管式填料函式、滑動管板式、雙管板式、薄管板式

4、等類型。(1)固定管板式換熱器(代號G)優(yōu)點：結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵塞或更換；缺點：管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數相差較大時，殼體和管束中將產生較大的熱應力這種換熱器適用于殼層介質清潔且不易結垢、并能進行清洗、管程與殼程兩側溫差不大或者溫差較大但殼層壓力不高的場合。(2)浮頭式換熱器(代號P)優(yōu)點：管內和管間易于清洗，不會產生熱應力；缺點：結構復雜，造價比固定管板式換熱器高，設備笨重，材耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求高。這種換熱器適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質易結垢的場合。(3)U形管換熱器(代號Y)優(yōu)點：

5、只有一塊管板，管束由多根U形管束組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當殼體與U形換熱器有溫差時，不會產生熱應力。缺點：由于受到管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對傳熱不利。當管子泄漏損壞時，只有管束外圍處的U形管才便于更換，內層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而且損壞一根U形管相當于壞兩根管，報廢率極高。適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質易結垢需要清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。(4)滑動管板式換熱器優(yōu)點：結構簡單，造價低廉，必要時可在管箱增設隔板，

6、強化傳熱。缺點：填料泄漏時可導致管程和殼程的流體相混，故嚴禁用于兩種流體不相容的場合。根據任務書給定的冷熱流體的溫度，來選擇設計列管式換熱器中的固定管板式換熱器；再依據冷熱流體的性質，判斷其是否易結垢，來選擇管程走什么，殼程走什么。在這里，冷水走管程，熱水走殼程。從手冊中查得冷熱流體的物性數據，如密度，比熱容，導熱系數，黏度。計算出總傳熱系數，再計算出傳熱面積。根據管徑管內流速，確定傳熱管數，標準傳熱管長為6m，算出傳熱管程，傳熱管總根數等等。再來就校正傳熱溫差以及殼程數。確定傳熱管排列方式和分程方法。根據設計步驟，計算出殼體內徑，選擇折流板，確定板間距，折流板數等，再設計殼程和管程的內徑。分

7、別對換熱器的熱量，管程對流系數，傳熱系數，傳熱面積進行核算，再算出面積裕度。最后，對傳熱流體的流動阻力進行計算，如果在設計范圍內就能完成任務。根據固定管板式的特點：結構簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料。U形管式特點：結構簡單，質量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結垢的物料。浮頭式特點：結構復雜、造價高，便于清洗和檢修，完全消除溫差應力，應用普遍。我們設計的換熱器的流體是冷熱水，不易結垢，再根據造價低，經濟的原則我們選用固定管板式換熱器。流體流速的選擇：增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數，減少污垢在管子表面上沉積的可能性

8、，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經濟衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結構上的要求。例如，選擇高的流速，使管子的數目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數。管子太長不易清洗，且一般管長都有一定的標準；單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。這些也是選擇流速時應予考慮的問題。在本次設計中，根據表換熱器常用流速的范圍，取管內流速。流體流動通道的選擇:不清潔或易結垢的流體，宜走容易清洗的一側。對于直管管束，宜走管程，便于清洗；對于U型管管束，宜走殼程。腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束

9、同時被腐蝕。壓力高的流體走管程，以免制造較厚的殼體。為增大對流傳熱系數，需要提高流速的流體的宜走管程，因管程流通截面積一比殼程的小，且做成多管程也教容易。兩流體溫差較大時，對于固定管板式換熱器，宜將對流傳熱系數大的流體走殼程，以減小管壁與殼體的溫差，減小熱應力。蒸汽冷凝宜走殼程，以利于散熱、排出冷凝液，增強傳熱效果。需要冷卻的流體宜走殼程,以減小冷卻劑用量。但溫度很高的流體，其熱能可以利用，宜走管程，以減小熱損失。粘度大或流量小的流體宜走殼程，因由折流擋板的作用 ，在低Re數下（Re>100）即可達到湍流。在選擇流動管道時，上述原則往往不能同時兼顧，應視具體問題抓住主要方面，一般首先考慮

10、流體的壓力降、防腐蝕清洗等要求，然后在校核對流傳熱系數和流動阻力，以便做出恰當的選擇。3換熱器類型的選擇；冷流體（循環(huán)水）進口溫度32。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，熱流體為熱水，為不易結垢和清潔的流體。冬季操作時進口溫度會降低，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較小，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。3.1 流動空間及流速的測定由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，熱水走殼程。選用25×2.5mm的碳鋼管，查表可得管內流速取u i=1.5m/s。由設計條件：入口溫度=32, 出口溫度井水的定性溫度為：兩流體的溫差T-已知混合氣體及循環(huán)冷卻水在定性溫度下的物

11、性數據：(由化學工程基礎書附錄得)流體定性溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導熱率W/m·混合氣體596冷卻水3.3 計算總傳熱系數3.3.1 熱流量 冷卻水用量（按逆流計算）平均傳熱溫差校正系數 按單殼程2管程結構,溫差校正系數對數平均溫度校正系數。 但的點在圖上難以讀出，因而相應以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線,可得：平均傳熱溫差：假設考慮15%的面積裕度， 的3.5.1 管徑和管內流速選用mm傳熱管(碳鋼)，取管內流速3.5.2 管程數和傳熱管數依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數：按單程管計算,所需的傳熱管長度為：按單程管設計,傳

12、熱管過程,宜采用多管程結構?，F取傳熱管長， 則該換熱器管程程數為： 圓整 傳熱管總根數傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內均按正三角排列,隔板兩惻采用正方形排列.取管心距,則隔板中心到其最近一排中心距離：各程相鄰的管心距為橫過管束中心線的管數3.5.4 殼體內徑橫過管數中心線管的根數 （根）采用多管程結構,取管板利用率,則殼體內徑為：圓整可取立式固定管板式換熱器的規(guī)格如下：公稱直徑D440mm公稱換熱面積S2管程數2管數n84 管長L6m管子直徑管子排列方式正三角形3.5.5 折流板采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%,則切去的圓缺高度為：, 故可取。 取折流板間距，

13、 則 可取B為150mm。 折流板數 故拉桿數至少大于4根，故取拉桿數為6 折流板圓缺面水平裝配。3.5.6 接管殼程進口接管:取殼層進口接管內正戊烷蒸汽流速為u=15m/s,正戊烷氣體密度取標準管徑為140mm。殼程出口接管:取殼層出口接管內正戊烷液體流速為u=0.5m/s,正戊烷液體密度為 取標準管徑為94mm.管程接管取管程內水的流速為u=1m/s，水密度為取標準管徑為158mm3.6.1 熱量核算3.6.1.1 殼程對流傳熱系數殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?當量直徑,由正三角形排列得3.6.1.2 管程對流傳熱系數 管程流通截面積 管程流體流速及其雷諾數分別為 普蘭特準數污垢系數確定污垢熱阻（有機

14、液體）（井水）3.6.1.4 傳熱系數 K 該換熱器的面積裕度為：3管壁溫度,3.6.3 換熱器內流體的流動阻力計算壓強降殼程壓降：正戊烷在等溫等壓下冷凝壓降忽略管程壓降： , , , 由，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖摩擦系數與雷諾準數及相對粗糙度的關系得：，流速， 所以： 管程流動阻力在允許范圍之內。名稱管程（冷卻水）殼程（混合氣體）流量/(kg/h)70000 23670進/出口溫度/壓力/MPa設備結構參數形式固定式管程數2殼體內徑/mm440殼程數1管徑/mmmm管心距/mm32管長/mm6000管子排列正三角形管數目/根84折流板數/塊39中心管數目/根11折流板間/mm150傳熱面積/m2材質碳鋼主要計算結果管程（井水）殼程（正戊烷）傳熱膜系數/W/(m2·) 6503969總傳熱系數/(W/（m2·）)526面積裕度/%通過此次課程設計，雖然各種心酸，不過我們還是學到了許多知識，了解了很多關于換熱器的知識，如換熱器的選型，換熱器結構和尺寸的確定，以及計算換熱器的傳熱面積和流體阻力等等。也讓我知道了設計要有耐心，要認真仔細，有時為了一個數據查找了好幾本書，還是找不到結果的時候，是挺納悶的，很容易讓人想放棄。但是幾個同學在一起討論交流，解決了不少問題，所以化工看起來很難，但真真投入其中會發(fā)現世上無難事，真的是松了一口氣啊，在要考試的時候還天天