列管式换热器设计步骤

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,*,页,化工原理教研室,山东轻工业学院,列管式换热器设计,化工原理课程设计,2024/11/26,第,1,页,设计题目,拟用200,Kpa,的饱和水蒸气将常压下20的苯加热到80，,苯的质量流量为50,t/h,单号,苯的质量流量为40,t/h,双号,试设计一列管式换热器。,已知仓库中现有,252.5mm，,长6,m,的碳钢钢管,2024/11/26,第,2,页,设计内容,设计说明书,布管图,187,169,114,装配图,187,169,2024/11/26,3,设计说明书,封面,目录,设计任务书,前言,设计计算过程,附表及相关机械元件尺寸,设计说明,2024/11/26,4,设计步骤,一、确定定性温度、物性数据,二、换热器的类型及流体走向,三、工艺计算,四、换热器尺寸的初步确定,五、校核计算,六、进出口管径,七、校核流体压力降,2024/11/26,5,一、确定定性温度、物性数据,苯的物性数据,t,1,、t,2,、t,m,、,、,C,P2,、,2,、,2,水蒸汽的物性数据,Ts、,、,同温度下水的物性,、,2024/11/26,6,二、换热器的类型及流体走向,卧式固定管板式换热器,水蒸汽走壳程，苯走管程,不需要进行热补偿,不需要加折流挡板,2024/11/26,7,三、工艺计算,1、热负荷即传热速率,Q,2、平均温度差,t,m,3、选,K,值，估算传热面积,A,初,2024/11/26,8,1、热负荷即传热速率,Q,2024/11/26,9,2、平均温度差,t,m,由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把两流体的平均温度差看作是逆流来计算（双管程）,2024/11/26,10,3、选,K,值，估算传热面积,A,初,根据条件,K,值在5801160,W/m,2,（,K,680,W/m,2,）,选用安全系数,1.151.25,A,初,A,2024/11/26,11,四、换热器尺寸的初步确定,确定管程结构尺寸,壳程设计数据,换热器长径比,2024/11/26,12,1、确定管程结构尺寸,管子规格,初步设计总管数,校核流速、确定管程,管间距及排列方式,2024/11/26,13,（1）管子规格,库存,252.5mm，L3.0m,的光滑碳钢钢管,取管内苯的流速为,u,0,（0.60 m/s）,苯系易燃易爆物,流速一般低于1,m/s,2024/11/26,14,（2）初步设计总管数,n”,根三角形排列管数，,3,a,2,+3a+1,圆整,n”,2024/11/26,15,（3）校核流速、确定管程,管程,（一般双管程,）,2024/11/26,16,（4）管间距及排列方式,管间距,t（1.251.3）d,0,采用三角型排列,根据总管数,n”,确定层数,a，,是否弓形排管，确定,N,T,最外层六角形对角线上管数,N,Tb,2a+1,采用胀管法排列,2024/11/26,17,2、壳程设计数据,壳体内径,Dt（N,Tb,1）+2 b,t ,管间距,N,Tb,最外层六角形对角线上管数,b ,六角形最外层管中心到壳体内,壁距离，取,b（11.5）d,0,壳体内径标准圆整到,Dmm,2024/11/26,18,中心拉杆,n,3,根 直径,12mm,双管程隔板少排,N,Tb,根,实际管数,nN,T,N,Tb,n,3,双管程，每程,n/2,根排列管子,实际流速,u，,与初设苯流速,u,0,校核,2024/11/26,19,3、换热器长径比,确定长径比的取值范围,2024/11/26,20,五、校核计算,1、校核总传热系数,K,值,2、校核壁温,T,W,3、校核传热面积,A,2024/11/26,21,1、校核总传热系数,K,值,管内对流传热系数,2,管外对流传热系数,1,污垢热阻及管壁热阻,2024/11/26,22,（1）管内对流传热系数,2,被加热,2024/11/26,23,（2）管外对流传热系数,1,n,为水平管束垂直列上的管数,弓形排管,n8，,弓形不排管,n7,假设管外壁温,T,W,（115.6）,2024/11/26,24,（3）污垢热阻及管壁热阻,苯侧污垢热阻,R,S2,1.7610,-4,m,2,/W,蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小，,水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，,碳钢钢管的导热系数,45 W/m,2,2024/11/26,25,（4）校核,K,值,以外表面计算：,计算,K,值与原设值,K,初,比较,使相对误差5%,2024/11/26,26,2、校核壁温,T,W,结果与原假设值,T,W,校核,（,T,W,115.6）,2024/11/26,27,3、校核传热面积,A,水蒸汽侧,Ts,不变，一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等。,2024/11/26,28,实际所需面积,实际提供面积,余度,2024/11/26,29,六、进出口管径,苯进口管、出口管,水蒸汽进口管径,冷凝水排出口,2024/11/26,30,1、苯进口管、出口管,取进口流速,u,1,1m/s,进口直径,选用无缝热轧钢管（,YB231-64）（1504.5mm，,长200,mm）,2024/11/26,31,2、水蒸汽进口管径,蒸汽用量,富裕量3,蒸汽体积流量,VG,取蒸汽流速,u20 m/s,选用无缝热轧钢管（,YB231-64）（2196mm，,长200,mm）,2024/11/26,32,3、冷凝水排出口,选用水煤气管,42.253.25mm，,长100,mm,2024/11/26,33,七、校核流体压力降,管程总压力降,壳程压力降,壳程是饱和水蒸汽冷凝，,阻力很小，不校核其压力降。,2024/11/26,34,管程总压力降（,P272）,总压力降,计算公式,每程直管压力降,每程局部阻力引起的压降,校 核,P,t,3.010,4,Pa,2024/11/26,35,管内径;,管长,管程结垢校正系数，,三角形为1.5，,正方形为1.4；,壳程数，1；,一壳程的管程数，2。,参数说明,2024/11/26,36,计算,取,0.2mm，/d=0.01,查图可知,（化工原理上册,P43,图128）,2024/11/26,37,八、换热器尺寸及附属部件,管间距：,t32.5mm,壳体直径：,60010mm，,内径,D580mm,壳体材料：碳素钢,A,3,F，,钢板卷焊,管子尺寸：,252.5mm，L3.0m，n164,根，双管程,布管图 见图纸2-2。,2024/11/26,38,6、管板,(1)管板材料：选用碳素钢,A,4,。,(2),管子在管板上的固定方法：焊接,(3),管板尺寸,：,Pg16kgf/cm,2,，,（,见讲义,P66,表4-8）,(4)管板与壳体的连接：,采用法兰连接，拆开顶板可检修或清理管内污垢，,法兰尺寸,见讲义,P111115,图463及表427。,2024/11/26,39,（5）管板与分程隔板的连接:采用单层隔板，隔板材料与封头材料一致，厚度,s10mm。,（见讲义,P77,表419）,2024/11/26,40,7、封头与管箱,封头与管箱位于壳体的两端。,（1）封头的选择：选用椭圆形封头，,Dg60010mm GB115473,（2）,封头尺寸,：曲面高度150,mm，,直边高度40,mm。（,讲义,P142,附表12）,管程接口管与封头为焊接，封头与壳体为法兰连接，法兰尺寸与上同。,2024/11/26,41,管程进出口接管直径：选用无缝热轧钢管（,YB231-64）1524.5mm,长200,mm。,支座的公称直径,Dg600mm，,每个支座承受的载荷为36.8吨，材料采用,A,3,F,碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸见讲义,P117,图428,b，,表428）,整个换热器采用卧式安装，安装图见图纸21。,2024/11/26,42,九、参考资料,列管式换热器及其设计（讲义）山东轻工业学院，化工原理教研室编，1987年。,化工原理上册 化学工业出版社，谭天恩主编，1990年。,基础化学工程 上海科学技术出版社，编写组，1980年。,2024/11/26,43,十、对一些问题的说明,列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单、坚固、容易制造、材料范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。,2024/11/26,44,由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对流传热系数大得多，根据壁温总是趋近于对流传热系数较大的一侧流体的温度实际情况，壁温与流体温度相差无几，因此本次设计不采用热补偿装置。,2024/11/26,45,