甲醇加熱器設(shè)計(jì)說明書修改版2

1、甲醇加熱器設(shè)計(jì)說明書 一、方案簡介本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用熱流體（水蒸汽）給甲醇蒸汽加熱。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。二、

2、方案設(shè)計(jì)用420K的飽和水蒸汽加熱甲醇燃料氣，甲醇處理量為2500kg/h,甲醇由338K上升到393K。設(shè)計(jì)條件：1.兩側(cè)污垢熱阻為1/8700 m2.熱損失5%。3.初設(shè)K=58.21確定設(shè)計(jì)方案 1.試算并初選換熱器規(guī)格（1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度420K，出口溫度420K。冷流體進(jìn)口溫度338K，出口溫度393K。從兩流體溫度來看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。因?yàn)榧訜峤橘|(zhì)是飽和蒸汽，宜于通入殼程，甲苯則通入管內(nèi)。（2）流動空間及流速的確定 由于該換熱器是具有飽和蒸汽冷凝的換熱器，且蒸汽較清潔，它對清洗無要求，

3、故應(yīng)使用水蒸汽走殼程，以便排除冷凝液。所以甲醇走管程，水蒸汽走殼程。選用252.5的碳鋼管，取管內(nèi)流速取ui=20m/。 （3）確定流體的物性數(shù)據(jù)，并選擇列管換熱器的型式 定性溫度：由于甲醇的粘度較小，其定性溫度可取流體進(jìn)口溫度的 平均值。 甲醇的定性溫度為： 管程流體的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 水蒸汽在420K下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=2.3585kg/m3 定壓比熱容 cpo=1.92kJ/(kg) 導(dǎo)熱系數(shù) o=0.0260 W/(m) 粘度 o=0.000148 Pas 潛熱 =2128.8kJ/kg 甲醇在365.5K下的物性數(shù)據(jù)：

4、密度 i=1.09kg/m3 定壓比熱容 cpi=1.34kJ/(kg) 導(dǎo)熱系數(shù) i=0.0256 W/(m) 粘度 i=0.0000164 Pas 從兩流體溫度來看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。（4）計(jì)算熱負(fù)荷Q 按管內(nèi)甲苯計(jì)算，即 Wi=2500kg/h Qi=Wicpiti=25001.34(393-338)=184250 kJ/h=51.18 kW Qi=51.18(1+5)=53.74KW 水蒸汽流量可由熱量衡算求得，即 其中Qo= Qi1.05（5）計(jì)算平均溫差（6）初選換熱器規(guī)格 初設(shè)K=58.2 故 初選固定管板式換熱器規(guī)格如

5、下： 殼徑D：400 公稱面積S：17.3 管程數(shù)：4 管數(shù)n：76 管長L：3000管子直徑：252.5每管程的流通面積：=0.0060公稱壓強(qiáng)： 2.5MP管間距： t=32mm殼程： 1 管子排列方法： 正三角形排列2.工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速 選用252.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=20m/s（2）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。可得平均傳熱溫差（3）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列。取管心距t=1.25 d0，則 t=1.2525=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(shù)根得到各程之間可

6、排列10支管，即正六邊形可排6層。（4）殼體內(nèi)徑 殼體內(nèi)徑為 式中：對于三角形排列b=得D=62.5 +288=350.5mm圓整可取D400mm （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(nèi)徑的25，則切去的圓缺高度為h0.25400100mm，故可取h100 mm。 取折流板間距B0.5D，則B0.3400200mm，可取B為200。 折流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=3000/200-1=14(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （6）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管外水蒸汽流速為 u1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為 查表取殼程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑為100 mm 管程流體進(jìn)出口接

7、管：取接管內(nèi)甲醇流速 u20 m/s，則接管內(nèi)徑為 查表取管程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑200mm（7） 其他設(shè)備 拉桿直徑為 12，拉桿數(shù)不少于4個。3換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用以下公式 查表得： =0.6843W/()=919.882kg/Pas =2128.8kJ/kg壁溫為418.7K，包和水蒸氣與壁溫只差由以上計(jì)算得n=10(取整)代入上式整理得：管內(nèi)對流傳熱系數(shù)為又因?yàn)榱黧w被加熱n取0.4.管程流通面積管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 傳熱系數(shù)K由已知可得管壁內(nèi)外側(cè)污垢熱阻為1/8700 /W管壁熱阻 傳熱面積S該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp

8、按照國家標(biāo)準(zhǔn)換熱器G 400 I-2.5-17.3 取其實(shí)際傳熱面積=17.3 該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 （2） 核算壁溫 由于管壁薄，熱阻很小，所以計(jì)算公式如下：由于冷熱流體都是氣體熱流體的平均溫度冷流體的平均溫度其中： 帶入個數(shù)據(jù)，則殼體壁溫 可以近似取為殼程流體的平均溫度，即：殼體壁溫與傳熱壁溫只差該溫差較小，且換熱器殼程流體壓力較低，因此，可以選用固定管板式換熱器。（3）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=1, Ft=1.4由Re27500，傳熱管相對粗糙度 ，查莫狄圖得i0.035 W/m，

9、流速ui20.69m/s，1.09kg/m3，所以 pi（p1+p2）Ft （1224.83+699.91）1.4112694.64Pa （符合設(shè)計(jì)要求）管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力 其中：F=0.5fo=5.0193.75-0.228=1.5050.451.5051015(2.35850.6082)/2 49.21 Pa流體流過折流板缺口的阻力 pINB（3.5）19（3.5）(2.35850.6082)/225.09Pa總壓降：po（p1p2）Fs Ns（49.2125.09）1174.3Pa（符合設(shè)計(jì)要求） 其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對于氣體取1；Ns為

10、串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。由于換熱器殼程殼程流體的操作壓力較低，所以計(jì)算得的殼程壓力降也比較適宜。 三、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型1殼體殼體直徑根據(jù)前面的工藝計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用的換熱器殼體內(nèi)徑Di400 mm。查閱結(jié)構(gòu)與零部件（上）P123，表1-1-86 的無縫鋼管制作筒體時容器的公稱直徑，本次采用公稱直徑為DN400mm6mm的殼體，則Do400mm，Di388 mm。殼體壁厚 由于所設(shè)計(jì)的換熱器為中低壓容器，故可取設(shè)計(jì)壓力為=1.6MPa;查表得許用應(yīng)力=113MPa考慮到使用年限，取腐蝕裕量=1.0mm0.66 (mm)實(shí)際選用板厚名義厚度為n 。n =+ + 式中 根據(jù)在4.5到5.5之間

11、C10.5mm圓整后： n=5.4+0.5+6(mm) 2 墊圈的選擇介質(zhì)法蘭公稱壓力 介質(zhì)溫度 配用壓緊面形式選用墊圈名稱材料甲醇（蒸汽） 1.6 200平行耐油橡膠石棉耐油橡膠石棉水蒸氣 1.6 150平行石棉橡膠墊圈中亞石油橡膠板3 法蘭選擇接管法蘭用板式平焊鋼制管法蘭各兩個 接管法蘭各數(shù)據(jù)參數(shù)如下公稱通徑管外徑 連接尺寸 法蘭厚度法蘭內(nèi)經(jīng)法蘭外 徑螺栓孔中心直徑 K螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺 紋200219340295221226222250273405355261228276殼體法蘭用甲型平焊凹凸形管法蘭一個 殼體法蘭各參數(shù)如下公稱直徑 法蘭/ 螺栓規(guī)格數(shù)量400530490455445

12、44330204 封頭設(shè)計(jì)材料： 選用橢圓型封頭（） 封頭參數(shù)如下：公稱直徑曲面高度直邊高度內(nèi)表面面積容積400100250.2040.01155 支座的設(shè)計(jì)估計(jì)支座和物料的總質(zhì)量 選用A型懸掛式支座，部分參數(shù)尺寸如下 支座尺寸允許負(fù)荷 公稱直徑安裝尺寸2.54005466 管板設(shè)計(jì) 四、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 尺寸及結(jié)果表 管 程 殼 程 物 性流率 250053.74溫度 K 進(jìn)/出338/393420/420定性溫度 365.5420熱容 1.344.304密度1.092.3585黏度 導(dǎo)熱系數(shù) 0.02560.6843雷諾準(zhǔn)數(shù)27500370設(shè)備 結(jié)構(gòu) 參數(shù)型式固定管板式臺數(shù)1

13、殼體內(nèi)徑400殼程數(shù)1管徑管心距32管長3000管子排列正三角排列管數(shù)目（根）76折流板個數(shù)14管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼傳熱面積 17.3折流板距200公稱壓力 2.5 主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速 20傳熱系數(shù)2128.8 98.67污垢熱阻熱負(fù)荷 53.74kw平均溫差 49.51k總傳熱系數(shù) 75.55裕度 20.56%支座承載能力校核（1）換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)于下表：序號 各零部件 數(shù)量單件重量/kg重量/kg1殼體（YB231-70）263.17263.172管板246.3992.783殼程接管21.913.824殼程接管法蘭2凹3.08/凸4.847.925管程接管22.575.146管程接管法蘭

14、2凹4.36/凸5.59.867排氣液管20.290.588排氣液管法蘭22.344.689隔板114.8414.8410封頭216.6033.211封頭法蘭117.8017.8012傳熱管1004.1641613拉桿2/29.24 / 8.7818.0214定距管L127.6815.09L227.4115折流板192.4847.1316管箱123.0723.0717管箱法蘭117.8017.8018支座213.627.2換熱器總重量/kg1018.1（2）傳熱管和拉桿所占的體積粗略為： V23.14（0.025/2）22.914104=0.149m3 殼體體積為： V13.14（0.400/

15、2）22.9140.463m3 忽略隔板體積，水充滿整個換熱器時的總重為： = 1018.1+（0.463-0.149）996.01330.84kg。小于該鞍式支座的最大載荷14噸。（3）殼體剛度校核已知公式： 和 換熱器的受力可簡化為如圖：AAL 彎矩圖為：L=1.790m，=1018.1kg，g=9.81N/kg。校正為1020kg。取A=0.34L=0.341.7900.6086(m)，此時=0.025gL=0.02510209.811.790=705.94Nm抗彎截面模量：=0.0013=705.94/0.0013=0.543MPat=133MPa故此殼體適用。五、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過兩個星期的學(xué)習(xí)，我們這個團(tuán)隊(duì)終于完成了化工原理課程設(shè)計(jì)。從開始接到這個課題到完成，每走一步對我們來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時間里，我們復(fù)習(xí)了關(guān)于傳熱方面的知識，同時將以前學(xué)習(xí)的知識用到了實(shí)際的設(shè)計(jì)之中。期間的感受是完全不同以往的，這時候才感覺的書到用時方恨少，沒有學(xué)好學(xué)透就沒資格說讀書是無用的。在此特別感謝邢老師的用心指導(dǎo)。一、 數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)的計(jì)算是極其繁瑣的，好在已經(jīng)過來了，可知要做好設(shè)計(jì)非得下一番功夫啊，仔細(xì)和耐心也是必須的。 二、 AutoCAD繪圖AutoCAD