化工原理課程設(shè)計(jì)之列管式換熱器設(shè)計(jì)步驟

21一月20231列管式換熱器設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)21一月20232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℃①苯的質(zhì)量流量為50t/h—單號(hào)②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庫中現(xiàn)有Φ25×2.5mm，長6m的碳鋼鋼管

21一月20233設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明書布管圖187

169

127裝配圖187

169

21一月20234設(shè)計(jì)說明書封面目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書前言設(shè)計(jì)計(jì)算過程附表及相關(guān)機(jī)械元件尺寸設(shè)計(jì)說明21一月20235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)算六、進(jìn)出口管徑七、校核流體壓力降21一月20236一、確定定性溫度、物性數(shù)據(jù)苯的物性數(shù)據(jù)t1、t2、tm、ρ２、CP2、μ2、λ2

水蒸汽的物性數(shù)據(jù)Ts、ρ１、γ１同溫度下水的物性ρ、μ、λ21一月20237二、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

21一月20238三、工藝計(jì)算1、熱負(fù)荷即傳熱速率Q2、平均溫度差Δtm3、選K值，估算傳熱面積A初21一月202391、熱負(fù)荷即傳熱速率Q21一月2023102、平均溫度差Δtm

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計(jì)算（雙管程）21一月2023113、選K值，估算傳熱面積A初

根據(jù)條件K值在580～1160W/m2·℃（K＝680W/m2·℃）選用安全系數(shù)Φ＝1.15～1.25A初＝ΦA(chǔ)’

21一月202312四、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)換熱器長徑比21一月2023131、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21一月202314（1）管子規(guī)格庫存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳鋼鋼管取管內(nèi)苯的流速為u0

（0.60m/s）

——苯系易燃易爆物流速一般低于1m/s21一月202315（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”

21一月202316127布管圖21一月202317169布管圖21一月202318187布管圖21一月202319（3）校核流速、確定管程

管程（一般雙管程）21一月202320（4）管間距及排列方式管間距t＝（1.25～1.3）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)

NTb＝2a+1采用脹管法排列

21一月2023212、殼程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

殼體內(nèi)徑

D＝t（NTb－1）+2b’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’＝（1～1.5）d0

殼體內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)圓整到ΦD×δmm21一月202322中心拉桿n3根直徑Φ12mm雙管程隔板少排NTb根實(shí)際管數(shù)n＝NT－NTb－n3雙管程，每程n/2根排列管子實(shí)際流速u，與初設(shè)苯流速u0

校核21一月2023233、換熱器長徑比

確定長徑比的取值范圍21一月202324五、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

21一月2023251、校核總傳熱系數(shù)K值

管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)α2管外對(duì)流傳熱系數(shù)α1

污垢熱阻及管壁熱阻

21一月202326（1）管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)α2

被加熱

21一月202327（2）管外對(duì)流傳熱系數(shù)α1

n為水平管束垂直列上的管數(shù)弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7假設(shè)管外壁溫TW（115.6℃）

21一月202328（3）污垢熱阻及管壁熱阻苯側(cè)污垢熱阻RS2＝1.76×10-4m2·℃/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)λ＝45W/m2·℃

21一月202329（4）校核K值

以外表面計(jì)算：

計(jì)算K值與原設(shè)值K初比較使相對(duì)誤差<5%21一月2023302、校核壁溫TW

結(jié)果與原假設(shè)值TW校核

——（TW＝115.6℃）21一月2023313、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。21一月202332實(shí)際所需面積

實(shí)際提供面積

余度

21一月202333六、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

21一月2023341、苯進(jìn)口管、出口管

取進(jìn)口流速u1＝1m/s進(jìn)口直徑選用無縫熱軋鋼管（YB231-64）（Φ150×4.5mm，長200mm）

21一月2023352、水蒸汽進(jìn)口管徑

蒸汽用量

—富裕量3％蒸汽體積流量V＝Gν取蒸汽流速u’＝20m/s

選用無縫熱軋鋼管（YB231-64）（Φ219×6mm，長200mm）

21一月2023363、冷凝水排出口選用水煤氣管Φ42.25×3.25mm，長100mm21一月202337七、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。

21一月202338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ΔPt<3.0×104Pa

21一月202339——

管內(nèi)徑;——

管長——管程結(jié)垢校正系數(shù)，三角形為1.5，正方形為1.4；

——?dú)こ虜?shù)，1；

——一殼程的管程數(shù)，2。參數(shù)說明21一月202340λ計(jì)算取ε＝0.2mm，ε/d=0.01

查圖可知λ21一月202341八、換熱器尺寸及附屬部件

管間距：t＝32.5mm殼體直徑：Φ600×10mm，內(nèi)徑D＝580mm殼體材料：碳素鋼A3F，鋼板卷焊管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m，n＝164根，雙管程

布管圖見圖紙2-2。21一月2023426、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：Pg＝16kgf/cm2，

(4)管板與殼體的連接：采用法蘭連接，拆開頂板可檢修或清理管內(nèi)污垢。21一月202343（5）管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s＝10mm。21一月2023447、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，Dg600×10mmGB1154－73（2）封頭尺寸：曲面高度150mm，直邊高度40mm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。

21一月202345管程進(jìn)出口接管直徑：選用無縫熱軋鋼管（YB231-64）Φ152×4.5mm長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。整個(gè)換熱器采用臥式安裝，安裝圖見圖紙2－1。

21一月202346九、參考資料

《化工原理》上冊化學(xué)工業(yè)出版社，譚天恩主編，1990年?！痘A(chǔ)化學(xué)工程》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，編寫組，1980年。

21一月202347十、對(duì)一些問題的說明

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單的一種。

21一月202348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幾，因此本次設(shè)計(jì)不采用熱補(bǔ)償裝置。

21一月202349Thanks