管殼式換熱器設(shè)計(jì)書(shū)

1、管殼式換熱器設(shè)計(jì)書(shū)一、工藝設(shè)計(jì)1、選擇合適的換熱器1.1確定物性參數(shù)物性 流體、.密度kg/m3比熱 KJ/( kg oC)粘度mPas導(dǎo)熱系W/(m- oC)有機(jī)液9502.2610.742 義 10-30.17211 水994.8254.1740.764 義 10-30.622有機(jī)液的定性溫度：Tm 70T 50 c2水的定性溫度：tm 25 40 32.5 C2兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下1.2計(jì)算熱負(fù)荷Q和mh7K由熱量衡算QmhCpi(Ti T2)30000kg/h 2.261kj/(kg C) (70C-30C) 753667KW 23600Q叫水 Cp2(t2 L)753,6

2、67 12.037kg/s 4.174 (40 25)1.3計(jì)算溫差tm和估計(jì)傳熱系數(shù)K估逆流時(shí)，t1 70 40 30 C t2 30 25 5 Ct1 t230 5,30In 513.953 CP 4050,33T1t170 25Ti T270 30 2 67由化工原理上冊(cè)t2 t140 25p153頁(yè)查圖5 19可得:0.82 ,管程數(shù)用=6所以tmtm0.82 13.953 11.44 C又因?yàn)?.820.8,故可選用單殼程的列管換熱器。根據(jù)管程走有機(jī)液，殼程走水，且逆流，總傳熱系數(shù) K的圍是24290870W/(m - oC)現(xiàn)暫取:一2_500W/m C1.4估算換熱面積QK tm

3、逆3753.667 10500W/m2 C 11.44 C5化原 P154 (5-23)131.76m1.5試算和初選換熱器的規(guī)格6又因?yàn)橛袡C(jī)液走管程且初選19 2.mm,所以設(shè)ui 0.55m/s由 V uidi2ni V=Ms/p=31.58 4可求得單管程的管子根數(shù):Ui d：431.58m3/h 42910.55m/h 3.14 0.0152 3600Li131.76doAi3.14 0.01924.27m 91L24.274.5所以6 91 546據(jù)此初選固定管板式換熱器規(guī)格尺寸為：殼徑D=a (b-1) +2L有化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) P208表7-4可知，b=25,由表7-5可取a=2

4、5mm 所以 D=25* (25-1 ) +2*4.5=609mm圓整后為700mm殼 徑D700 mm管子尺寸 19X 2mm管程數(shù)Np p4管長(zhǎng)L4.5 m管子總數(shù)n546管子排列方法正三角形2、核算總傳熱系數(shù)2.1計(jì)算管程給熱系數(shù)Ai4 di2910.0152-20.016m2.2UiVsA31.58m3/h3600 0.0160.55 m s(與假設(shè)相一致 合適)化原P5 (1-13)ReidM0.015 0.55 9500.742 10 31.06 1 04 湍流” 化原 p16(1-26)PriCp332.261 100.742 109.75180.172所以0.023 Re0.8

5、 Pn0.3(有機(jī)液被冷卻)di0.1720.023 -0.015_2867.184W / m計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)._.4、0.8 c rL 0.3 1 9(1.06 10 )9.75換熱器中心附近管排中流體流通截面積為:2 10S h D ncdo0.2 0.7 25 0.0190.045m式中h折流擋板間距，取200 mm； t=25mm因?yàn)槭钦切闻帕?，所? 1.1.n 26因?yàn)閙h水12.037kg /s所以 u12.0370.27m/sA 994.825 0.045由正三角形排列得:de.3 224(*4d0)d04 十 0.0252 誓 0.0192)3.14 0.019110

6、.017mRe。deUo0.0170.27 994.8250.764 10 35976.76因?yàn)镽e0 在 21032 106圍，故可用下式計(jì)算1201 _0.55 , 0.36 Re0 Pr0 3deP%Cp334.174 100.764 100.6225.13殼程中水被冷卻,0.95 ,所以0.6220 0.36 -0.0171(5976.76)0.55 (5.13) 0.952577.08 W / m2 C2.3確定污垢熱阻管、外側(cè)污垢熱阻分別取為:Rsi 0.00018m2 C/W (有機(jī)液體)，Rso2 a0.00021m C/W (水)2.4總傳熱系數(shù)K0因?yàn)楣艹套哂袡C(jī)物，管子材料

7、選用 20R,取其導(dǎo)熱系數(shù)為16.5W/(m C),總傳熱系數(shù)K0為:p145(5-11c)Ko10Rso4doidi14 化原1.8 10 2577.082435.79W/ m2 C2.1 10 4191519867.184 15753.667 103435.79 11.442151.17m2AAB151.17m2 2131.76m佇51,所以合理由前面計(jì)算可知，選用該型號(hào)換熱器時(shí)，要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為500W / m2 C，在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的Ko為435.79W/ m2 C ,其安全系數(shù)為:14.7%500 435.79 _100435.79故所選擇的換熱器是合適的。

8、3、核算壓強(qiáng)降3.1計(jì)算管程壓強(qiáng)降15PtPiP2 FtNpNs前面已算出：Ui 0.55m/s,Rei 1.06 104 （湍流）取不銹鋼管壁粗糙度0.1mm 則一 di0.1150.0067,由化工原理上冊(cè)第一章P25的Re關(guān)系圖中查得:0.031所以L(fǎng)di2Ui2450.0310.0152950 0.551336.29Pa2950 0.55431.06Pa對(duì)于 19 2mm的管，F(xiàn)t 1.5 Np 6, Ns 1PtPiP2 FtNpNsPt1336.29 431.06 1.5 6 1 15906.15Pa3.2計(jì)算殼程壓強(qiáng)降 16PsP1P2 FsNs2其中 對(duì)于液體 Fs 1.15,

9、 Ns 1,PiFfonc Nb 1 u0-2管子為正三角形排列，取F=0.5nc 1.1.n 1.1 546 26取折流擋板間距h 200mm折流擋板數(shù)：Nb L 1 45 1 22 h 0.2cdeu。0.017 0.27 994.825Re0 -0 , 5976.76 5000.764 10 3所以f0 5.0Re0 0.228 5.0 5976.76 0.228 0.6890.5 0.68926 22 1994.825 O.27470.24Pa2P2Nbc 2h3.5 - D3.5需994.825 0.27 222564.20Pa(7470.242564.20)1.15 1 11539

10、.61Pa由上面計(jì)算可知, 合適。該換熱器管程與殼程的壓強(qiáng)均滿(mǎn)足題目要求，故所選換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)1管子數(shù)n選19 2的20R無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)4.5m因?yàn)镕 d均Ln ,F 為A131.76d均 Ln3.14 0.017 4.5549根其中安排拉桿需減少6根，故實(shí)際管數(shù)n=549-6=543 根2換熱管的排列形式采用正三角形排列，由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表問(wèn)品E a=25mm7-4查的層數(shù)為12,查表7-5 ,取板3換熱器殼體直徑的確定Di a(b 1) 2l其中Di 換熱器徑，mmb一正六角形對(duì)角線(xiàn)上的管子數(shù)，查表 7-4的b=25L最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取l 2do所以 Di 25(25

11、1) 2 2 19 676mm圓整后取殼體徑Di 700mm4換熱器殼體壁厚的計(jì)算材料選用20RPcDitn計(jì)算壁厚為：2 Pc化設(shè)p90(4-5)式中：Pc為計(jì)算壓力，假設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取 Pc=0.1Mpa；用雙面焊的對(duì)接接頭100%損檢測(cè)，所以 =1;t =132Mpa (設(shè)殼壁溫度為70 C)將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知：0.1 700Di 700mm 采2 132 1-0.10.27mm查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-9得C1 0.25 mm查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-11取C2 0 mm；GB150-1998鋼制壓力容器中對(duì)容器最小厚度的規(guī)定是：對(duì)碳素鋼取min 3mm所以n 3mm

12、5換熱器封頭的選擇上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) JB/T4746-2000標(biāo)準(zhǔn)，封頭為DN70CX 3, 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表 4-15得曲面高度D 242所以 175 mm,直邊高度h2 40 mm 材料選用20R鋼P(yáng)cDi2TT0-5pI0.1 7002 132 1 0.5 0.10.265mmPw21eKDi 0.5 e2 132 1 31 700 0.5 31.13Mpa6容器法蘭的選擇材料選用16MnR根據(jù)JB/T4703-2000 選用DN700 PN1.6Mpa的榨槽密封面長(zhǎng) 頸對(duì)焊法蘭。7管板管板與殼體的連接本次換熱換熱管為碳素鋼，設(shè)計(jì)壓力4MPa設(shè)計(jì)溫度在300c以，并

13、無(wú)明顯的應(yīng)力腐蝕，所以采取脹接的連接方法管板厚度的計(jì)算根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第147頁(yè)，1-6-9得最小厚度為40mm8管子拉脫力的計(jì)算計(jì)算數(shù)據(jù)按表項(xiàng)目管子殼體操作壓力/Mpa材質(zhì)線(xiàn)膨脹系數(shù)0.10.120 鋼20R11,810 611.810 6彈性模量0.21 1060.21 106許用應(yīng)力/Mpa尺寸13213219 2 4500700 3管子根數(shù)排列方式管間距/mm543正三角形25管殼壁溫差/ C管子與管板連接方式脹接長(zhǎng)度/mm許用拉脫力/Mpat 35開(kāi)槽脹接l 504.01、在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qpqp -pf-化設(shè) p217(7-9)dol其中_22 _ 2_2

14、_ _2f 0.866a-do 0.866 25 19258 mm44p 0.1Mpa , l 50 mmqp0.1 2583.14 19 500.086Mpa2、溫差應(yīng)力引起的每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的拉脫力qtqt22t(d。di)4dol化設(shè) P218 (7-10)其中E(tt ts)As D中 n 3.1470336622 .262mmAt223.142一(d di )n (19442152) 543 57970.682mm8.89Mpa11.8 1 0 6 0.21 106 35.57970.68 16622.26t(d2 d：)8.89 (192 152)0.3184dol4 19

15、50由此可知qp, q作用方向相同，都使管子受壓，則管子的拉脫力:q qp qt 0.086 0.318 0.404MPa q 4MPa因此拉脫力在許用圍。9計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力為Fi：E(tt ts)Fit s AsAtAs At11.8 10 6 0.21 106 356622.26 57970.686622.26 57970.6855.15 10 (N)壓力作用于殼體上的軸向力F2 :LQAsF 2 As At其中 Q (D： nd：)ps n(d0 2 t)2pt 4=(7002 543 192) 0.1 543 (19 2 2)2 0.14_5 0.327 10

16、5 N-5 一一0.327 106622.26 _F23352.50N6622.26 57970.68壓力作用于管子上的軸向力為F3 :F3QAtAsA0.327 105 57970.686622.26 57970.68 _50.293 105 NF1F2 5.15 105 3352.506622.2678.27Mpa_558.38MpaFi F35.15 10 0.293 10A57970.68根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器s 78.27Mpa 2 ts 2 1 132 264 Mpat8.38Mpa 2 T 2 1 132 264Mpa q q 4.MPa條件成立，故本換熱器不必要設(shè)

17、置膨脹節(jié)。10折流板設(shè)計(jì)6 mm,折流板為弓形，h -Di 3 700 525(mm) 44折流板間距取525mm查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-7得折流板最小厚度為查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-9折流板外徑為696 mm,材料Q235-A鋼查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-10拉桿12,共8根，材料Q235-A?F鋼11 裙座設(shè)計(jì)采用圓筒形裙式支座，裙座與塔體的連接采用焊接，由于對(duì)接焊縫的焊縫受壓，可承受較大的軸向力，故采用對(duì)接形式。取裙座外徑與封頭外徑相等。并且取裙座的厚度與封頭的厚度相同，即裙座尺寸為700 x 3mm.裙座材料選用Q235-A。文獻(xiàn)1 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 251-251 附錄 52 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 148-148 公式 5-223 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 148-148 公式 5-244 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 146-146 表 5-65 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 148-148 公式 5-236 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 203-203 表 6-17 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 16-16 公式 1-268 譚天恩，竇梅化工原理M 2006.4 164-1649 譚天恩，竇梅化工原理M