列管式換熱器設(shè)計(jì)步驟課件

1、列管式換熱器設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)2022/8/9第1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 2022/8/9第2頁(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)布管圖 187 169 114裝配圖 187 169 2022/8/93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2022/8/94六、進(jìn)出口管徑七、校核流體壓力降八、換熱器尺寸及附屬部件九、參考資料十、對(duì)一些問(wèn)題的說(shuō)明2022/8/95一、確定定性

2、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 、 、2022/8/96二、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 P269-2712022/8/97三、工藝計(jì)算1、熱負(fù)荷即傳熱速率Q2、平均溫度差tm3、選K值，估算傳熱面積A初2022/8/981、熱負(fù)荷即傳熱速率Q2022/8/992、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）2022/8/9103、選K值，估算傳熱面積A初 根據(jù)條件K值在580

3、1160 W/m2 （K 680W/m2）選用安全系數(shù)1.151.25A初A 2022/8/911四、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2022/8/9121、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2022/8/913（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u2 （0.60 m/s） 苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s2022/8/914（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” 2022/8/915（3）校核流速、確定管程 管程 （一般雙管程）2022/8/916（4

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 2022/8/9172、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Dmm2022/8/918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 ，與初設(shè)苯流速u2 校核2022/8/9193、換熱器長(zhǎng)徑比 確定長(zhǎng)徑比的取值范圍2022/

5、8/920五、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 2022/8/9211、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 2022/8/922（1）管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)2 被加熱 2022/8/923（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） 2022/8/924（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 2022/8/925（4）校核K值 以外表面計(jì)

6、算： 計(jì)算K值與原設(shè)值K初比較 使相對(duì)誤差5%2022/8/9262、校核壁溫TW 結(jié)果與原假設(shè)值TW校核 （TW115.6）2022/8/9273、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。2022/8/928實(shí)際所需面積 實(shí)際提供面積 余度 2022/8/929六、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 2022/8/9301、苯進(jìn)口管、出口管 取進(jìn)口流速u01m/s 進(jìn)口直徑 選用無(wú)縫熱軋鋼管（YB231-64）（1504.5mm，長(zhǎng)200mm） 2022/8/9312、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

7、流速u20 m/s 選用無(wú)縫熱軋鋼管（YB231-64）（2196mm，長(zhǎng)200mm） 2022/8/9323、冷凝水排出口選用水煤氣管 42.253.25mm，長(zhǎng)100mm2022/8/933七、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。 2022/8/934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 2022/8/935 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2022/8/936 計(jì)算取0.2mm

8、，/d = 0.01 查圖可知 （化工原理上冊(cè)P43圖128）2022/8/937八、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。2022/8/9386、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。 2022/8/939（5）管

9、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） 2022/8/9407、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。 2022/8/941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P11

10、7圖428b，表428） 整個(gè)換熱器采用臥式安裝，安裝圖見(jiàn)圖紙21。 2022/8/942九、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?？茖W(xué)技術(shù)出版社，編寫(xiě)組，1980年。 2022/8/943十、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，處理能力可以很大，適應(yīng)性強(qiáng)。但在傳熱效率、設(shè)備緊湊性、單位傳熱面積的金屬消耗量等方面還稍次于其他板式換熱器。此次設(shè)計(jì)所采用的固定管板式換熱器是其中最簡(jiǎn)單的一種。 2022/8/944由于水蒸汽的對(duì)流傳熱系數(shù)比苯側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)大得多，根據(jù)壁溫總是趨近于對(duì)流傳熱系數(shù)較大的一側(cè)流體的溫度實(shí)際情況，壁溫與流體溫度相差無(wú)幾，因此本次設(shè)計(jì)不采用熱補(bǔ)償裝置。 2022/8/945Thanks AttentionScience and technology, especially strategic high