列管式換熱器的設(shè)計(jì)(共24頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化工原理課程設(shè)計(jì) 學(xué)院: 化學(xué)化工學(xué)院 班級(jí)： 姓名 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 目錄一.列管式換熱器 1.1. 列管式換熱器簡(jiǎn)介1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 1.3.列管式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.4.操作條件 1.5.主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖二.概述及設(shè)計(jì)要求2.1.換熱器概述 2.2.設(shè)計(jì)要求 三.設(shè)計(jì)條件及主要物理參數(shù) 3.1. 初選換熱器的類型 3.2. 確定物性參數(shù)3.3.計(jì)算熱流量及平均溫差3.4 殼程結(jié)構(gòu)與相關(guān)計(jì)算公式 3.5 管程安排(流動(dòng)空間的選擇)及流速確定 3.6計(jì)算傳熱系數(shù)k3.7計(jì)算傳熱面積四.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算五.換熱器核算六.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總七.設(shè)計(jì)評(píng)述八.工藝流程圖九.主要符號(hào)說(shuō)明

2、十.參考資料一 .列管式換熱器1.1. 列管式換熱器簡(jiǎn)介列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關(guān)內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。列管

3、式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50以上）時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)1.任務(wù) 處理能力：3105t/年 煤油（每年按300天計(jì)算，每天24小時(shí)運(yùn)行） 設(shè)備形式：列管式換熱器2操作條件 (1)煤油：入口溫度150，出口溫度50 (2)冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度20，出口溫度30(3)允許壓強(qiáng)降：不大于一個(gè)大氣壓。備注：此設(shè)計(jì)任務(wù)書（包括紙板和電子版）1月15日前由學(xué)委統(tǒng)一收齊上交，兩人一組，自由組合。延遲上交的同學(xué)將沒有成績(jī)。1.3.列管式換熱器設(shè)

4、計(jì)內(nèi)容1.3.1、確定設(shè)計(jì)方案（1）選擇換熱器的類型；（2）流程安排1.3.2、確定物性參數(shù)（1）定性溫度；（2）定性溫度下的物性參數(shù)1.3.3、估算傳熱面積（1）熱負(fù)荷；（2）平均傳熱溫度差；（3）傳熱面積；（4）冷卻水用量1.3.4、工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速；（2）管程數(shù)；（3）平均傳熱溫度差校正及殼程數(shù)；（4）傳熱管排列和分程方法；（5）殼體內(nèi)徑；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管1.3.5、換熱器核算（1）傳熱能力核算；（2）壁溫核算；（3）換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1.4.操作條件某廠用井水冷卻從反應(yīng)器出來(lái)的循環(huán)使用的有機(jī)液。欲將6000kg/h的植物油從140冷卻到40，

5、井水進(jìn)、出口溫度分別為20和40。若要求換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降均不大于35kPa，試選擇合適型號(hào)的列管式換熱器。定性溫度下有機(jī)液的物性參數(shù)列于附表中。 附 表項(xiàng) 目密度，kg/m3比熱，KJ/(kg)粘度，Pas熱導(dǎo)率，kJ/(m)植物油9502.2610.7420.1721.5.主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（示例） 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可選擇其它形式的列管換熱器。1-擋板 2-補(bǔ)償圈 3-放氣嘴固定管板式換熱器的示意圖二.概述及設(shè)計(jì)要求2.1.換熱器概述換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%20%，在煉油廠約占總費(fèi)用35%40%。換熱器在其他部門如動(dòng)力、原子

6、能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對(duì)降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，即簡(jiǎn)稱換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛， （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?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè)清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)

7、，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。（2） U型管換熱器U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)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；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外，其造價(jià)比管定管板式高10%左右。（3）浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接

8、，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。（4）填料函式換熱器填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是

9、填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。2.2.設(shè)計(jì)要求完善的換熱器在設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)滿足以下各項(xiàng)基本要求：（1）合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：可以從：增大傳熱系數(shù)提高平均溫差妥善布置傳熱面等三個(gè)方面具體著手。（2）安全可靠換熱器是壓力容器，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵循我國(guó)鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定和鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。（3）有利于安裝操作與維修直立設(shè)備的安裝費(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與拆卸，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。（4）

10、經(jīng)濟(jì)合理評(píng)價(jià)換熱器的最終指標(biāo)是：在一定時(shí)間內(nèi)（通常1年內(nèi)的）固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)）等的總和為最小。在設(shè)計(jì)或選型時(shí)，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一標(biāo)準(zhǔn)就尤為重要了。 三.設(shè)計(jì)條件及主要物理參數(shù)3.1.初選換熱器的類型兩流體的溫度變化情況如下：（1）植物油：入口溫度140，出口溫度40；（2）冷卻介質(zhì)：井水，入口溫度20，出口溫度40； 該換熱器用循環(huán)冷卻井水進(jìn)行冷卻，由于6050,所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，故從安全、方便、經(jīng)濟(jì)考慮可以采用帶有補(bǔ)償圈的管板式換熱器。3.2.確定物性參數(shù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，

11、其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程流體（植物油）的定性溫度為：T= (140+40)/2=90管程流體（水）的定性溫度為：t=（40+20）/2=30 在定性溫度下，分別查取管程和殼程流體(冷卻水和植物油)的物性參數(shù)，見下表3-1：密度/（/m3）比熱容/（kJ/kg）粘度/（Pas）導(dǎo)熱系數(shù)/（kJ/m）植物油9502.2617.4210-40.172水995.74.1748.0110-40.6183.3.計(jì)算熱流量及平均溫差3.3.1.熱流量 以熱介質(zhì)植物油為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)算它所需要被提走的熱量: Q=ms1cp1(T1-T2)=6000x2.261x(140-40)=1356.6kJ/

12、h=376.83kw3.3.2.平均傳熱溫差 計(jì)算兩流體的平均傳熱溫差 暫時(shí)按單殼程、多管程計(jì)算。 逆流時(shí)，我們有植物油：14040井 水： 4020從而， 而此時(shí)，我們有： 式中：熱流體（植物油）的進(jìn)出口溫度，單位；冷流體（井水）的進(jìn)出口溫度，單位； 0.8符合要求則平均溫差：tm=0.87x49.69=43.233.3.3.冷卻水用量 由以上的計(jì)算結(jié)果以及已知條件，很容易算得冷卻水用量：Qc=/4.174x(40-20)=16250.60/h3.4殼程結(jié)構(gòu)與相關(guān)計(jì)算公式介質(zhì)流經(jīng)傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，主要由折流板、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種

13、換熱器的工藝性能、使用的場(chǎng)合不同，殼程內(nèi)對(duì)各種元件的設(shè)置形式亦不同，以此來(lái)滿足設(shè)計(jì)的要求。各元件在殼程的設(shè)置，按其不同的作用可分為兩類：一類是為了殼側(cè)介質(zhì)對(duì)傳熱管最有效的流動(dòng)，來(lái)提高換熱設(shè)備的傳熱效果而設(shè)置的各種擋板，如折流板、縱向擋板。旁路擋板等；另一類是為了管束的安裝及保護(hù)列管而設(shè)置的支承板、管束的導(dǎo)軌以及緩沖板等。 殼體是一個(gè)圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進(jìn)人和排出之用。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成，大于400mrn的可用鋼板卷焊而成。殼體材料根據(jù)工作溫度選擇，有防腐要求時(shí)，大多考慮使用復(fù)合金屬板。 介質(zhì)在殼程的流動(dòng)方式有多種型式，單殼程型式應(yīng)用最為普遍。如殼側(cè)傳熱膜

14、系數(shù)遠(yuǎn)小于管側(cè)，則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個(gè)換熱器串聯(lián)也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降，可采用分流或錯(cuò)流等型式。 殼體內(nèi)徑D取決于傳熱管數(shù)N、排列方式和管心距t。計(jì)算式如下： 單管程 D=t(nc-1)+(23)d0式中 t管心距，mm； d0換熱管外徑，mm； nc橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，該值與管子排列方式有關(guān)。 正三角形排列： 正方形排列： 多管程 式中 N排列管子數(shù)目； 管板利用率。 正角形排列：2管程 =0.70.85 4管程 =0.60.8 正方形排列：2管程 =0.550.7 4管程 =0.450.65殼體內(nèi)徑D的計(jì)算值最終應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。 在殼程管束中，一般都裝有橫向折

15、流板，用以引導(dǎo)流體橫向流過(guò)管束，增加流體速度，以增強(qiáng)傳熱；同時(shí)起支撐管束、防止管束振動(dòng)和管子彎曲的作用。 折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型等。 圓缺形折流板又稱弓形折流板，是常用的折流板，有水平圓缺和垂直圓缺兩種。切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為2050。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮固體粒子流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時(shí)，不凝氣不能在折流板頂部積存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形，雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。 折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的1/5或者不小于50

16、mm，最大值決定于支持管所必要的最大間隔。 殼程流體進(jìn)出口的設(shè)計(jì)直接影響換熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。當(dāng)加熱蒸汽或高速流體流入殼程時(shí)，對(duì)換熱管會(huì)造成很大的沖刷，所以常將殼程接管在入口處加以擴(kuò)大，即將接管做成喇叭形，以起緩沖的作用；或者在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板。3.5 管程安排(流動(dòng)空間的選擇)及流速確定已知兩流體允許壓強(qiáng)降均不大于35kPa；兩流體分別為植物油和水。與植物油相比，水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大。由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，考慮到散熱降溫方面的因素，應(yīng)使循環(huán)自來(lái)水走管程，而使植物油走殼程。表3-2.列管式換熱器內(nèi)的適宜流速范圍 流體

17、種類流速/（m/s）管程殼程冷卻水13.50.51.5一般液體(黏度不高)0.53.00.21.5低黏油0.81.80.41.0高黏油0.51.50.30.8 由上表，初步選用252.5的碳鋼管，則管內(nèi)徑di=25-2.52=20mm管內(nèi)流速取ui=1.2m/s,從管內(nèi)體積流量為： =n(/4)0.0213600=16250.60/995.7=16.32m/h 解得n=15 參照列管換熱器中K值的大致范圍，根據(jù)兩流體的具體情況，初步選定總傳熱系數(shù)K=330W/m2傳熱面積：A=376.8310/(33043.23)=26.41 可以求得單程管長(zhǎng)L=26.41/(153.140.025)=22.

18、38m 若選用6m長(zhǎng)的管，需要4管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)為415=60根.查化學(xué)工業(yè)出版社第三版化工原理附錄十九，可以初步確定換熱器的主要參數(shù)見下表3-3：項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)400mm管尺寸25mm2.5mm管程數(shù)Np(N)4管長(zhǎng)6 m管數(shù)n76管排列方式組合式排列中心排管數(shù)nc11管心距32mm管程流通面積Si0.0060m 傳熱面積35.2m 注：由于是多程，為了方便安裝分程板，采用組合式排列更方便。3.4.1.對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算： 每程的管數(shù)n1 =n/Np=764=19,管程流通面積si =(/4) 0.02190.與表中的數(shù)據(jù)0.0060很相符。 = 傳熱面積 A=d

19、0 Ln=3.140.02567635.79稍大于表中35.2,這是 由于管長(zhǎng)的一部分需用于在管板上固定管子，應(yīng)以表中的值為準(zhǔn)。 由于換熱管是組合式排列，除在分程板兩側(cè)采用正方形排列外，大部分地方采用的是正三角形排列，故中心排管數(shù)可以按照正三角形排列的形式計(jì)算： 中心排管數(shù) nc 1.1=1.1113.6傳熱系數(shù)K根據(jù)冷熱流體的性質(zhì)及溫度，在(GB151-99P140-141)選取污垢熱阻：污垢熱阻：Rsi=0.00058m2/W Rso=0.00017 m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)： =45 m2/W管壁厚度： b=0.0025內(nèi)外平均厚度： dm=0.0225在下面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得

20、=280.43W/m23.7 傳熱面積S=四.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.管徑和管內(nèi)流速選用252.5的碳鋼管，管長(zhǎng)6m,速取ui=0.76m/s4.2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)：ns=按單程計(jì)算，所需傳熱管的長(zhǎng)度是：若按單程管計(jì)算，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，取傳熱管長(zhǎng)l=6m，則該傳熱管程數(shù)為：則傳熱管的總根數(shù)為：N=Npns=419=76（根）4.3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)由前面的計(jì)算已求得，按單殼程、多管程計(jì)算，逆流時(shí)：=49.69而此時(shí)，我們有：P= R=由函數(shù)公式可得：=0.870.8，所以，修正后的傳熱溫度差為：= =49.690.87=43.23

21、于是，校正后的平均傳熱溫差是43.23，殼程數(shù)為單程，管程數(shù)為4。4.4.換熱管選型匯總根據(jù)以上的計(jì)算可以得到如下的計(jì)算結(jié)果表4-1：DN,mm400管程數(shù)4殼程數(shù)1管子規(guī)格25*2.5管子根數(shù)60中心排管數(shù)9管程流通面積，m20.換熱面積，m226.41換熱管長(zhǎng)度，mm6000通過(guò)查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器：DN,mm400管程數(shù)4殼程數(shù)1管子規(guī)格25*2.5管子根數(shù)76中心排管數(shù)11管程流通面積，m20.0060換熱面積，m235.2換熱管長(zhǎng)度，mm60004.5.換熱管4.5.1.換熱管的規(guī)格及尺寸偏差經(jīng)過(guò)查表，對(duì)于碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)

22、格及尺寸偏差見下表4-2：材料換熱管標(biāo)準(zhǔn)管子規(guī)格高精度、較高精度偏差外徑，mm厚度，mm外徑偏差，mm壁厚偏差，mm碳鋼GB/TB8163143022.50.2+12%低合金鋼GB9948-10%4.5.2.傳熱管排列和分程方法管子在管板上的排列方式最常用的為圖4-1所示的（a）、（b）、（c）、（d）四種，即正三角形排列（排列角為30）、同心圓排列、正方形排列（排列角為90）、轉(zhuǎn)角正方形排列（排列角為45）。當(dāng)管程為多程時(shí)，則需采取組合排列，圖1-10為二管程時(shí)管小組合排列的方式之一。圖4.1.管子在管板上的排列方式和組合排列示意圖采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排

23、列。換熱管的中心距經(jīng)查表4-3可得：（mm）換熱管外徑d換熱管中心距t分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距2532444.5.3橫過(guò)管束中心線的管數(shù)nc=4.6.殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率,則殼體內(nèi)徑為 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔可取4.7.折流板折流板間距系列為：100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，見表4-4所列數(shù)據(jù)。表4-4. 折流板厚度/ mm殼體公稱內(nèi)徑/mm相鄰兩折流板間距/mm30030045045060060075075020025035610104007005610101270010

24、00681012161000610121616支承板厚度一般不應(yīng)小于表4-4(左)中所列數(shù)據(jù)。支承板允許不支承的最大間距可參考表4-5（右）所列數(shù)據(jù)。殼體直徑/mm4004008009001200管子外徑/mm19253857支承板厚度/mm6810最大間距/mm1500180025003400表4-5支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板，取弓形折流圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為：h=100mm取折流板間距B=0.7D，則：B=0.5400=200mm可取B=200mm因而查表可得：折流板厚度為5mm，支承板厚度為8mm，支承板允許不支承最大間距為

25、1800mm。折流板數(shù)NB折流板圓缺面水平裝配。4.8.接管4.8.1.殼程流體進(jìn)出口時(shí)接管取接管內(nèi)植物油流速為u=0.1m/s則接管內(nèi)徑為：d=所以，取標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑為50mm。4.8.2.管程流體進(jìn)出口時(shí)的接管取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=1.5m/s，則接管內(nèi)徑：d=取標(biāo)準(zhǔn)管徑為60mm。4.9.壁厚的確定、封頭4.9.1.壁厚查GB151-99P21表8得圓筒厚度為：8 mm 查JB/T4737-95，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即8mm4.9.2.橢圓形封頭示意圖如下：查表可得其尺寸數(shù)據(jù)，見下表4-6公稱直徑DN/mm曲面高度/mm直邊高度/mm碳鋼厚度/mm內(nèi)表面積 A/容積 V/質(zhì)量M/kg

26、400150258043740035327474.10.管板管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。4.10.1.管板結(jié)構(gòu)尺寸 查（化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)P25-27）得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：公稱直徑Dbcd螺栓孔數(shù)400530490498545361023284.10.2.管板厚度考慮到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。表4-7. 管板的最小厚度換熱器管子外徑/mm25323857管板厚度/mm3/4222532換熱管的外徑為25mm，因而管板厚度取為3/4=18.75，取上述的最小厚度20mm。五.換

27、熱器核算5.1熱量核算5.1.1殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺形的折流板，可采用克恩公式：計(jì)算殼程當(dāng)量直徑，由正三角形排列可得：=0.020m殼程流通截面積：So=0.018 殼程流體流速為： =0.097m/s雷諾準(zhǔn)數(shù)為：Reo=普蘭特準(zhǔn)數(shù)為：Pro= Nu=0.36。物料被冷卻，粘度校正取1， 將數(shù)值代入上式：Nu=64.01=440.39W/m25.1.2管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管道流通面積：Si=0.7850.022=0.m2管程流體流速：ui=雷諾準(zhǔn)數(shù)為Rei=普蘭特準(zhǔn)數(shù)為：Pri= =3681.74W/m25.1.3傳熱系數(shù)K根據(jù)冷熱流體的性質(zhì)及溫度，在(GB151-99P140-141)選取污

28、垢熱阻：污垢熱阻：Rsi=0.00058m2/W Rso=0.00017 m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)： =45 m2/W管壁厚度： b=0.0025內(nèi)外平均厚度： dm=0.0225在下面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得 = =280.43W/m2所以，K的裕度為:h=7.34%5.1.4傳熱面積S由K計(jì)算傳熱面積=該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：Sp= =3.140.025（6-0.06）（76-11）=30.3m2則該換熱器的面積裕度為：H=4.95%5.2.壁溫核算由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，減低了傳熱管和殼體的壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體

29、和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。 式中液體的平均溫度和為：（） （） W/m2W/m2傳熱管平均壁溫： 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為： 由于換熱器殼程流體的溫差不大，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。5.3. 殼程和管程的壓力降的計(jì)算因?yàn)闅こ毯凸艹潭加袎毫档囊?，所以要?duì)殼程和管程的壓力降分別進(jìn)行核算。5.3.1管程壓力降管程壓力降的計(jì)算公式為：Rei=18894.68（前面已求），為湍流。取絕對(duì)粗糙度查另外，式子中：殼程數(shù)Ns=1管程數(shù)Np=4代入公式中，有：=（

30、3019.36+862.67）14=15528.12Pa35kpa5.3.2殼程壓力降由于殼程流體的流動(dòng)狀況比較地復(fù)雜，所以計(jì)算殼程流體壓力降的表達(dá)式有很多，計(jì)算結(jié)果也相差很大。下面以埃索法計(jì)算殼程壓力降：殼程壓力降埃索法公式為：流體橫過(guò)管束的壓力降，Pa；流體通過(guò)折流擋板缺口的壓力降，Pa；Fs殼程壓力降的垢層校正系數(shù)，無(wú)因次，對(duì)于液體取1.15，對(duì)于氣體取1.0；Ns殼程數(shù)；而=0.86，nc=11，NB=29,uo=0.097m/s。F管子排列方法對(duì)壓力降的校正系數(shù)，對(duì)正三角形排列，F(xiàn)=0.5，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn)45o排列，F(xiàn)=0.4，正方形排列，F(xiàn)=0.3;fo殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re50

31、0時(shí)，nc橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，對(duì)正三角形排列NB折流擋板數(shù)代入數(shù)值得：=0.50.861130950=634.19Pa而，其中h=0.2m，d=0.4m，NB=29,D殼徑，mh折流擋板間距，mdo換熱器外徑，muo按殼程流通截面積S計(jì)算的流速，而S=h（D-ncdo）=0.025 故代入數(shù)值得： =29（3.5-） =168.74Pa對(duì)于液體=1.15，于是我們有：=1.151（634.19+168.74）=923.37Pa35kpa經(jīng)過(guò)以上的核算，管程壓力降和殼程壓力降都符合要求。六.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表參數(shù)冷卻水植物油進(jìn)、出口溫度，20/40140/40壓力，M

32、pa400300密度，kg/m3995.7950定壓比熱容，kJ/（kg）4.1742.261粘度，Pas0.0.熱導(dǎo)率，W/m0.6180.172結(jié)構(gòu)參數(shù)形式管板式換熱器殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑，mm400臺(tái)數(shù)1管徑，mm管心距，mm32管長(zhǎng)，mm6000管數(shù)，根76管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果熱流量，KW376.83傳熱溫差，43.23傳熱系數(shù)，W/(m2K)280.43傳熱面積，m231.08七.設(shè)計(jì)評(píng)述 在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備,并占有十分重要的地位。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各

33、有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。列管式換熱器是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次

34、橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。 流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。