正戊烷冷凝器設計

1、化工原理課程設計 課 程 設 計設計題目 正戊烷冷凝器的設計姓名學號 張茂生（20083100） 潘志學（20083110） 曹亞楠（20083115） 專業(yè)班級 高分子材料與工程08-4 指導教師 何 兵 2011年1月20日化工原理課程設計任務書專業(yè) 班級 姓名 設計題目：列管式換熱器設計設計時間:指導老師：設計任務:年處理 噸正戊烷的正戊烷冷凝器1.設備型式 立式列管式換熱器2.操作條件（1）正戊烷：冷凝溫度51，冷凝液于飽和溫度下離開冷凝器；（2）冷卻介質(zhì)：井水，進口溫度32，出口溫度40（3）允許壓強降，不大于（4）每年按330天計算，每天24小時連續(xù)運行；(5)設備最大承受壓力，p

2、=2.5Mpa設計報告：1. 設計說明書一份2. 主體設備總裝圖（1#圖紙）一張，帶控制點工藝流程圖（3#圖紙）一張目錄摘要11前言32 列管式換熱器設計方案42.1 列管式換熱器類型的選擇52.1.1 固定管板式換熱器52.1.2 浮頭式換熱器52.1.3 U形管換熱器52.1.4 滑動管板式換熱器52.2 流體流動通道的選擇62.3換熱器結構的計算62.3.1熱負荷Q：62.3.2平均溫度差72.3.3估算面積72.3.4 管子初選82.3.5對流傳熱系數(shù)82.3.6污垢熱阻112.3.7 總傳熱系數(shù)和計算所需面積112.3.8壁溫的計算112.4壓強降計算122.4.1管程壓強降：122

3、.4.2 殼程壓強降132.5列管式換熱器其他結構設計142.5.1管程結構142.5.2殼程結構142.5.3其他重要附件152.6 換熱器材質(zhì)的選擇152.6.1 碳鋼162.6.2 不銹鋼163列管式換熱器的具體計算173.1試算并初選換熱器規(guī)格173.1.1確定流體流動通道173.1.2流體定性溫度、物性以及列管式換熱器形式選擇173.1.3 熱負荷Q的計算173.1.4 計算平均溫差173.1.5 初選換熱器規(guī)格183.2核算總傳熱系數(shù)183.2.1 計算管程的對流傳熱系數(shù)193.2.2計算殼程對流傳熱系數(shù)193.2.3 確定污垢熱阻193.2.4 核算總傳熱系數(shù)193.2.5 核算

4、壁溫203.3計算壓強降203.4結構尺寸的確定203.4.1筒體內(nèi)徑203.4.2 換熱器壁厚設計與液壓試驗213.4.3 封頭223.4.4 管板243.4.5 容器法蘭243.4.6 接管尺寸243.4.7 接管法蘭253.4.8 管箱長度263.4.9 折流板263.4.10 拉桿與定距管263.4.11 分程隔板與緩沖板263.4.12 總重量計算263.5離心泵和風機的選取29附錄一30附錄二：本書符號說明314設計總結33參考文獻3434摘要摘要：列管式換熱器在化工、石油等行業(yè)中廣泛應用。根據(jù)本次設計任務，正戊烷流動溫度為51.7，水的進、出口量溫度為32、40.計算一個年處理量

5、為噸的正戊烷冷凝器。通過計算，得到所需管程數(shù)為4，傳熱管長為4.5米，殼體直徑為0.5米,傳熱面積為33.09平方米的的換熱器。由此進行換熱器的選擇,并確定傳熱過程的流體流速等參數(shù),傳熱面積為36.6平方米的的換熱器。經(jīng)過進一步核算，換熱器壓降，面積裕度，管壁溫度均符合設計要求，。然后通過查閱資料合理計算確定封頭、管箱、拉桿、定距管等結構尺寸和選取符合要求的輔助設備（主要是離心泵）。最后畫出符合工程語言的設備總裝圖和帶控制點的工藝流程圖。關鍵詞：列管式 固定管板式換熱器 設計計算Abstract：Tube type heat exchanger is widely used in chemic

6、al industry, petrochemical industry and so on. According to this design work, the inlet temperature of running pentane is 51.7 degrees.The temperature of exit water is 40 degrees and the enter temperature is 32 degrees. The event is an annual capacity of 2.5×104ton silane of condenser. After ca

7、lculating，the number of tube is four, the length of the exchanging tube is 4.5 meters, and the diameter of the shell is 0.5 meters. Finally the exchanger is choossed，whose number of the tube is 120, and the exchanging area is 33.09 centaur. There out make the choice of heat exchangers and then confi

8、rm the speed or the other parameters of the liquid. And the exchanging area is 36.6 centaur. The area and the temperature all suit to the assignment request. Based on this chosen heater exchanger, then design proper nozzles, flange, tie rod, channel, tubesheet, spacer and so on. The final result inc

9、ludes a craftwork-flow-chart, a facility fitting draw, and a instruction.Key word：Tubular Tubular heat exchangers design calculation.1前言在化工和石油化工廠中，傳熱既是最重要也是應用最多的過程。工廠運轉(zhuǎn)是否經(jīng)濟常常取決于熱或冷的利用和回收的效率。供氣、供電和供冷等公用工程在生產(chǎn)過程中的應用，關鍵在于使熱的轉(zhuǎn)化和回收效率最高。換熱器是在具有不同溫度的兩種和兩種以上流體之間傳遞熱量的設備。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使

10、流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足過程工藝條件的需要。換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥，航空及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的通用設備。在化工廠中，換熱器的投資約占總投資的10%20%；在煉油廠中，該項的投資約占總投資的35%40%。換熱器的種類很多，有多種多樣的結構每種結構形式的換熱器都有其自身的結構特征及其相應的工作特性。在對換熱器的選型時，有諸多因素需要考慮，主要包括流體的性質(zhì)、壓力、溫度、壓降及其可調(diào)范圍；對清洗、維修的要求；材料價格及制造成本；動力消耗費；現(xiàn)場安裝和檢修的方便程度；使用壽命和可靠性等。對于所選擇的換熱器，應盡量滿足以下要求：具有較高的傳熱效率，較低的壓

11、力降；重量輕且能承受操作壓力；有可靠的使用壽命；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全可靠；所使用的材料與過程流體相容；設計計算方便，制造簡單，安裝容易，易于維護和維修。在換熱器中，應用最多的是管殼式（列管式）換熱器，它是工業(yè)過程熱量傳遞中應用最廣泛的一種換熱器。雖然列管式換熱器在結構緊湊型、傳熱強度和單位傳熱面積的金屬消耗量方面無法與板式或板翅式等緊湊式換熱器相比，但列管式換熱器適用的操作溫度與壓力范圍較大，制造成本低，清洗方便，處理量大，工作可靠，長期以來，人們已在其設計和加工制造方面積累了許多的經(jīng)驗。本次課程設計是根據(jù)生產(chǎn)任務要求確定選用換熱器的傳熱面積，管子規(guī)格和排列方式，管程數(shù)和管殼數(shù)以及折流擋板，進

12、而確定換熱器的其他尺寸或選擇換熱器的型號。2 列管式換熱器設計方案設計流程確定隔板間距并估計殼層傳熱系數(shù)技術要求定義目標如果需要計算未指定的流速或溫度需要做能量平衡 計算含垢因子在內(nèi)的總傳熱系數(shù)Ko收集物理性質(zhì)%假設總傳熱系數(shù)K設確定殼、管程數(shù)計校正因子 是估計管側(cè)和殼層壓降確定傳熱面積A=Q/K壓降在規(guī)定范圍內(nèi)？ 否確定類型、管徑，材料清單為殼管分配流體估計換熱器成本計算管數(shù)能否優(yōu)化降低成本計算殼徑 是估計管側(cè)傳熱系數(shù)設計成功2.1 列管式換熱器類型的選擇 根據(jù)列管式換熱器的結構特點，常將其分為固定管板式、浮頭式、U形管式填料函式、滑動管板式、雙管板式、薄管板式等類型。2.1.1 固定管板式

13、換熱器(代號G)優(yōu)點：結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵塞或更換；缺點：管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應力這種換熱器適用于殼層介質(zhì)清潔且不易結垢、并能進行清洗、管程與殼程兩側(cè)溫差不大或者溫差較大但殼層壓力不高的場合。2.1.2 浮頭式換熱器(代號P)優(yōu)點：管內(nèi)和管間易于清洗，不會產(chǎn)生熱應力；缺點：結構復雜，造價比固定管板式換熱器高，設備笨重，材耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求高。這種換熱器適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結垢的場合。2.1.3 U形管換熱器(代號Y)優(yōu)點：只有一塊管板

14、，管束由多根U形管束組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當殼體與U形換熱器有溫差時，不會產(chǎn)生熱應力。缺點：由于受到管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對傳熱不利。當管子泄漏損壞時，只有管束外圍處的U形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而且損壞一根U形管相當于壞兩根管，報廢率極高。適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結垢需要清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。2.1.4 滑動管板式換熱器優(yōu)點：結構簡單，造價低廉，必要時可在管箱增設隔板，強化傳

15、熱。缺點：填料泄漏時可導致管程和殼程的流體相混，故嚴禁用于兩種流體不相容的場合。2.2 流體流動通道的選擇不清潔或易結垢的流體，宜走容易清洗的一側(cè)。對于直管管束，宜走管程，便于清洗；對于U型管管束，宜走殼程。腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束同時被腐蝕。壓力高的流體走管程，以免制造較厚的殼體。為增大對流傳熱系數(shù)，需要提高流速的流體的宜走管程，因管程流通截面積一般比殼程的小，且做成多管程也教容易。兩流體溫差較大時，對于固定管板式換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，以減小管壁與殼體的溫差，減小熱應力。蒸汽冷凝宜走殼程，以利于散熱、排出冷凝液，增強傳熱效果。需要冷卻的流體宜走殼程，以減小冷卻劑用

16、量。但溫度很高的流體，其熱能可以利用，宜走管程，以減小熱損失。粘度大或流量小的流體宜走殼程，因由折流擋板的作用 ，在低Re數(shù)下（Re>100）即可達到湍流。在選擇流動管道時，上述原則往往不能同時兼顧，應視具體問題抓住主要方面，一般首先考慮流體的壓力降、防腐蝕清洗等要求，然后在校核對流傳熱系數(shù)和流動阻力，以便做出恰當?shù)倪x擇。2.3換熱器結構的計算2.3.1熱負荷Q： 2.3.1.1無相變傳熱，且忽略熱損失 式中：流體的質(zhì)量流量，kg/s； 流體的平均比定壓熱容，J/(kg.) T熱流體的溫度， t冷流體的溫度， 下標1和2分別表示換熱器的進口和出口。 2.3.1.2相變傳熱 式中：飽和蒸汽

17、（即熱流體）的冷凝速率，kg/s； r飽和蒸汽的冷凝熱，J/kg。 2.3.2平均溫度差 2.3.2.1恒溫傳熱 平均溫度差 2.3.2.2變溫傳熱（包含一側(cè)恒溫的情況） 逆流與并流的平均溫差 當>2時， 當<2時， 式中、換熱器兩端熱冷流體的溫差，。 錯、折流的平均溫度： 式中 按逆流情況求的對數(shù)平均溫差，； 溫差矯正系數(shù)， =f（P，R） 其中 2.3.3估算面積 2.3.3.1 K值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)管程殼程傳熱系數(shù)K值/ W/()輕有機物水蒸氣冷凝5801190中有機物水蒸氣冷凝290580重有機物水蒸氣冷凝115350水輕有機物冷凝5801160水重有機物蒸汽冷凝1153502.

18、3.3.2根據(jù)查得的K的經(jīng)驗值K估，估算出換熱器的面積A估： 2.3.4 管子初選 管數(shù) 管長 管程 2.3.5對流傳熱系數(shù)2.3.5.1無相變流體在圓形直管道中做強制湍流的對流傳熱系數(shù)對于低粘度流體（小于或等于兩倍常溫水的粘度） 當流體被加熱時， n=0.4 當流體被冷卻時， n=0.3式中 、流體的密度和粘度，kg/、Pa.s； 流體的導熱系數(shù)和比熱容，W/(.)、J/(kg.)； u管內(nèi)的流速，m/s； 列管內(nèi)徑，m。應用范圍：Re>10 000,Pr=0.7160,管長與管徑之比，可由上式算出乘以特征尺寸：管內(nèi)徑定性溫度：取流體進、出口溫度的算數(shù)平均值。 對于高粘度液體（大于2倍

19、常溫水的粘度） 式中 是考慮熱流方向的校正系數(shù)，可以用表示。指壁面溫度下流體粘度，因壁溫未知，計算需用試差法，故可取近似值。當流體被加熱時=1.05；液體被冷卻時，取=0.95。氣體不論加熱與冷卻均取=1.0。 應用范圍：Re>10 000,Pr=0.716 700， >60。 特征尺寸：管內(nèi)徑。 定性溫度：除按壁溫取值外，均取流體進、出口溫度的算術平均值。2.3.5.2無相變流體在管外做強制湍流時的對流傳熱系數(shù)若列管換熱器內(nèi)裝有園缺擋板（缺口面積為25%的殼體內(nèi)截面積）時 應用范圍： 特征尺寸：當量直徑。 定性溫度：除按壁溫取值外，均取流體進、出口溫度的算術平均值。 若換熱器的管

20、間無擋板，管外流體沿管束平行流動時，則值仍可以用管內(nèi)強制對流的公式計算，但需將式中的管內(nèi)徑將改為管間的當量直徑。 2.3.5.3蒸汽在水平管外冷凝對流傳熱系數(shù) 對于蒸汽在水平管壁（管外、單管或管束）上的膜狀冷凝傳熱系數(shù)： （*） 式中管子外徑； n管束在垂直面上的列數(shù)，對單管n=1； 飽和溫度ts與壁面溫度tw之差； 、特性溫度下冷凝液的導熱系數(shù)、密度和粘度 汽化潛熱r由值決定，特性溫度取膜溫，即2.3.5.4蒸汽在垂直管外（或板外）的冷凝對流傳熱系數(shù)當 Re<2000 時，膜層內(nèi)為層流，則 l垂直管的高度，m；r飽和蒸汽的冷凝熱，kJ/kg；定性溫度：蒸汽冷凝熱取飽和溫度下的值，其余物

21、性取液膜平均溫度下的值。當 Re>2000時，膜層內(nèi)為湍流，則特征尺寸：l取垂直管或板的高度，定性溫度和其余物性參數(shù)與（*）相同。冷凝液的液膜流動有層流和湍流之分，故在計算傳熱系數(shù)時應首先假設液膜的流動類型，求出后，需要計算Re數(shù)，檢驗是否在所假設的流型范圍。Re數(shù)的計算公式： 2.3.6污垢熱阻沉積在傳熱壁面上的污物、腐蝕產(chǎn)物或其他雜質(zhì)，構成管壁上的污垢。某些情況下，污垢熱阻是總傳熱系數(shù)的控制因素。因此，確定適當?shù)奈酃笩嶙瑁菗Q熱器的設計中很重要的一項內(nèi)容。污垢的熱阻主要決定于它的導熱系數(shù)和垢層厚度。污垢的種類很多，影響垢層厚度的因素又復雜，污垢的導熱系數(shù)及污垢層厚度難以準確地估計，因

22、此，通常選用污垢熱阻的經(jīng)驗值。2.3.7 總傳熱系數(shù)和計算所需面積2.3.7.1 K值的計算公式： 式中基于換熱器外表面積的總傳熱系數(shù)，W/(.)； 、管外及管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)，W/(.)； 、 、換熱器列管的外徑、內(nèi)徑及平均直徑，m； b列管管壁厚度，m； 列管管壁的導熱系數(shù)，W/(.)。2.3.7.2 計算所得需要面積 2.3.7.3 面積裕量的計算 面積裕量= 2.3.8壁溫的計算在傳熱過程中，需要知道壁溫才能計算；此外，選擇換熱器的類型和管子材料也需要知道壁溫。但是，設計時，一般只知道管內(nèi)、外流體的平均溫度ti和to，這時要用試差法確定壁溫。首先在之間假設壁溫值，用以近似計算兩流體的，

23、再根據(jù)及污垢熱阻計算總傳熱系數(shù)，然后用下列近似計算關系核算值是否正確。由此計算的值應與假設相符。否則重設壁溫，重復上述計算，直到基本相符為止。（注意：假設的值應接近于值大的那個流體的溫度）2.4壓強降計算 列管式換熱器的設計必須滿足工藝上提出的壓強降要求。列管式換熱器允許的壓強降范圍如下：換熱器的操作壓強/Pa允許的壓強降P<10 0000（絕對壓強）P=010 0000（表壓）P>10 0000(表壓)一般來說，液體流經(jīng)換熱器的壓強降為10 000100 000Pa，氣體為流體流經(jīng)列管式換熱器因流動阻力所引起的壓強降，可按管程和殼程分別計算：2.4.1管程壓強降：對于多程列管換熱

24、器，管程壓強降的計算式為： 式中、直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，Pa； 結垢校正系數(shù)，量綱為一。對于的管子取為1.4，對于的管子取為1.5； 管程數(shù)； 串聯(lián)的殼程數(shù)。 上式中直管壓強降可按流體在管中流動的阻力公式計算，即；回彎管的壓強降可由下面的經(jīng)驗式計算，即 一般情況下，換熱器進、出口阻力可忽略不計。2.4.2 殼程壓強降當殼程無折流擋板時，流體順著管束運動，殼程壓強降可按流體沿直管流動的壓強降計算，且僅以殼方的當量直徑de代替圓管直徑di。當殼程裝上折流擋板后，流體在其中作曲折流動，殼程壓強降的計算方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Esso法計算殼程壓強降po的公式，即

25、式中 流體橫過管束的壓強降，Pa； 流體流過折流擋板缺口的壓強降，Pa； 殼程壓強降的結垢校正系數(shù)，量綱為一。對液體可取1.15，對氣體或可凝蒸汽可取1.0。又 式中 F管子排列方式對壓強降的校正系數(shù)，量綱為一。對管子三角形排列F為0.5，對正方形錯列F為0.4，對正方形直列F為0.3。 殼程流體的摩擦因數(shù)，當時， 橫過管束中心線的管數(shù)； h折流板間距，m； D換熱器殼體內(nèi)徑，m； 折流板數(shù)，； 按殼程流道截面積計算的流速，m/s。其中 2.5列管式換熱器其他結構設計2.5.1管程結構2.5.1.1換熱管布置和排列間距常用換熱管規(guī)格有192，252，252.5，換熱管管上的排列方式有正方形直列

26、、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列。對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間采用正方形排列方式。管間距t與管外徑的比值，焊接時為1.25，脹接時為1.31.52.5.1.2管板管板是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分開。管板與管子之間可以采用焊接或者脹接；管板與殼體的連接有可拆連接和不可拆連接兩種。固定管板常采用不可拆連接。2.5.1.3封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用時控制及分配管程流體。當殼體直徑較小時常采用封頭，殼徑較大的換熱器多采用管箱結構，當所需換熱面積很大時，可才用多管程換熱器，此時在箱體內(nèi)設置分程隔板。2.5.

27、2殼程結構2.5.2.1殼體 殼體是一個圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進入和排出之用。介質(zhì)在殼程內(nèi)的流動方式有多種，單殼程型式應用的最為普遍，如殼側(cè)傳熱膜系數(shù)遠小于管側(cè)，則可用縱向擋板分割成雙殼程型式。本次設計采用單殼程，多管程。2.5.2.2折流板在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導流體橫向流過管束，增加流體速度，以增強傳熱；同時起到支撐管束、防止管束震動和管子彎曲的作用。漢族要有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型。本次設計中采用弓型。2.5.2.3緩沖板在殼程進口接管處常裝有防沖擋板，或稱緩沖板，它可防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和管束震動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。

28、2.5.3其他重要附件 2.5.3.1法蘭在各種容器和管道中，由于生產(chǎn)工藝的要求，或考慮制造、運輸，安裝、檢修的方便，常采用可拆的結構。常見的可拆結構有法蘭連接、螺紋連接和插套連接。由于法蘭連接有好的強度和氣密性，而且適用尺寸范圍較廣，在設備和管道上都能應用，所以法蘭連接用的最普遍。法蘭連接分容器法蘭連接和管法蘭連接。2.5.3.2 拉桿和定距管折流板和支持板是用拉桿固定的，常用的拉桿有兩種形式，一是拉桿定距管結構，適用于換熱器外徑大于或等于19mm的管束。二是拉桿與折流板點焊結構，適用于外徑小于或等于14mm的管束。2.6 換熱器材質(zhì)的選擇在進行換熱器設計時，換熱器各種零、部件的材料，應根據(jù)

29、設備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟合理性。一般為了滿足設備的操作壓力和操作溫度，即從設備的強度或剛度的角度來考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結構有著密切關系。一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。2.6.1 碳鋼 價格低，強度較高，對堿性介質(zhì)的化學腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應用時合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為10號和20號碳鋼。2.6.2 不銹鋼奧氏體系不銹鋼以1Cr18Ni9為代表，它是標

30、準的18-8奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。3列管式換熱器的具體計算3.1試算并初選換熱器規(guī)格 3.1.1確定流體流動通道因為蒸汽冷凝宜走殼程，以利于散熱、排出冷凝液，增強傳熱效果。 所以正戊烷走殼程水走管程。3.1.2流體定性溫度、物性以及列管式換熱器形式選擇3.1.2.1定性溫度正戊烷冷凝為恒溫，故定性溫度為；水的定性溫度兩流體溫差 由于兩流體溫差于不大于50，故選用固定管板式換熱器。 3.1.2.2 流體物性 流體物性正戊烷51.75960.182.340.13347.5水36993.60.7124.1743.1.3 熱負荷Q的計算 按正戊烷進行計算 正

31、戊烷 熱負荷 3.1.4 計算平均溫差 ，蒸汽冷凝時，=1 3.1.5 初選換熱器規(guī)格 根據(jù)任務要求為管內(nèi)流體水來冷凝殼程正戊烷（）的過程,總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值的范圍為5801160，初選K=600，則估算面積為 設水的流速為u=1m/s,以換熱管為的換熱器計算管數(shù) 取整為30管長 管程 取單管長L=4.5m 管程數(shù)常為偶數(shù)取整為4總管數(shù)：初選管板式換熱器規(guī)格如下?lián)Q熱面積36.6管長l4.5m管程數(shù)NP4管子直徑管數(shù)n106管子排列方式三角形排列3.2核算總傳熱系數(shù)3.2.1 計算管程的對流傳熱系數(shù)管程流通面積 3.2.2計算殼程對流傳熱系數(shù)假設為湍流 假設2000則湍流假設成立3.2.3 確定污

32、垢熱阻管程走水，取殼程走正戊烷氣體，取 3.2.4 核算總傳熱系數(shù) 面積裕量 3.2.5 核算壁溫 則假設成立3.3計算壓強降 殼程壓降：正戊烷在等溫等壓下冷凝壓降忽略； 管程壓降： Ft：對于的管子取為1.4； 串聯(lián)的殼程數(shù)，； 取粗糙度則 查摩擦因數(shù)圖得 3.4結構尺寸的確定 3.4.1筒體內(nèi)徑 式中 t管中心距 ，t=32mm nc 橫過管束中心線的管數(shù)，正三角形排列； D殼體內(nèi)徑，m； b管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，??； 則 多管程結構，取設備利用率殼體內(nèi)徑尺寸取整D=500mm3.4.2 換熱器壁厚設計與液壓試驗(公式選擇化工設備機械基礎) 式中 t筒體的理論計算壁厚

33、，mm； 筒體的計算壓力，MPa； 筒體的內(nèi)徑，mm； 鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa； 焊接接頭系數(shù)，其值小于或等于1。筒體選擇熱軋?zhí)妓劁換235-C，則，采用雙面焊縫則 式中 C1最小負偏差，mm； C2腐蝕裕量，mm。鋼板厚度負偏差鋼板厚度，mm22.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5負偏差，mm0.180.190.20.220.250.30.5鋼板厚度，mm6782526303234364042505260負偏差，mm0.60.80.91.01.11.21.3 圓整后取有效厚度 液壓試驗 MPa式中內(nèi)壓容器的試驗壓力，MPa； P設計壓力，MPa； 試驗溫度下

34、材料的許用壓力，MPa； 設計溫度下材料的許用壓力，MPa。常溫下材料屈服強度為235MPa, 故校核成功。3.4.3 封頭（公式出自化工容器設計） 封頭材料選用Q235-C 3.4.3.1橢圓形封頭 采用標準橢圓形封頭（a/b=2） K=1 5.9mm 圓整取 封頭總高 () 3.4.3.2 半球形封頭 3.0mm 圓整取 封頭總高 3.4.3.3 蝶形封頭 取 查表得M=1.36蝶形封頭形狀系數(shù)0.150.170.2M1.41.361.31 圓整取 封頭高度 綜合高度和厚度以及節(jié)省成本原則選擇橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746-2002選擇DN=500mm 封頭質(zhì)量為20kg，直邊高度25m

35、m，曲面高度125mm，厚度3.4.4 管板（數(shù)據(jù)選自換熱器設計手冊）固定管板式，殼體與管板采用焊接型式,管板兼作法蘭。管板材料為16Mn，管板型號如下：PsPtDNDD1D2D3D4D5d2規(guī)格bfb2.5mm2.5mm500mm660mm615mm576mm500mm563mm500mm27mmM24×2034mm48mm3.4.5 容器法蘭 選擇乙型平焊法蘭（JB/T4702-2000） PN=2.5MPa，DN=500mm t=43mm H=190mm法蘭強度校核： 查乙型法蘭最大允許工作壓力表在溫度小于200時，16MnR的工作壓力是2.5MPa，符合要求，故選擇16MnR

36、。采用石棉橡膠墊片，JB/T4704-2000 3.4.6 接管尺寸 3.4.6.1 殼程進口接管 取殼層進口接管內(nèi)正戊烷蒸汽流速為u=10m/s,正戊烷氣體密度為 =0.177m 取B型補強管DN=200，質(zhì)量m=6.6kg/100mm（HGJ527-90） 取補強圈d=224mm,D=400,計算得，圓整得 查JB/T4736-95,接管伸出長度為200mm 接管位置尺寸：，取200mm 3.4.6.2 殼程出口接管 取殼層出口接管內(nèi)正戊烷液體流速為u=0.5m/s,正戊烷液體密度為 取B型補強管DN=125，質(zhì)量m=3.0kg/100mm（HGJ527-90） 取補強圈d=138mm,D

37、=250,計算得，圓整得 取150mm 3.4.6.3管程接管 取管程內(nèi)水的流速為u=1m/s，水密度為 =0.108m 取B型補強管DN=125，質(zhì)量m=3.0kg/100mm（HGJ527-90） 取補強圈d=138mm,D=250,計算得，圓整得 查JB/T4736-95,接管伸出長度為200mm 接管位置尺寸：，取200mm3.4.7 接管法蘭 采用板式平焊法蘭（HGT20592-2009），法蘭選擇如下：參數(shù)管程接管DN=125殼程接管DN=200法蘭外徑240mm360mm螺栓孔中心圓直徑200mm310mm螺孔(18mm)法蘭厚度C20mm22mm法蘭內(nèi)徑B1135mm222mm

38、法蘭質(zhì)量4.5kg7.0kg3.4.8 管箱長度 （為接管位置尺寸，H為封頭高度，250為焊點和開孔點的最小距離）3.4.9 折流板用弓形折流板，取折流板間距300mm（折流板間距為殼徑為0.21倍）則折流板數(shù)為：切口尺寸?。ㄇ锌诟叨扰c直徑之比）則h=100mm折流板外徑 ，折流板厚度與殼體直徑及折流板間距有關，查表得最小厚度為4mm，取厚度6mm拉桿直徑/mm拉桿螺紋公稱直徑/mmb1616202.03.4.10 拉桿與定距管 換熱管外徑為25mm>19mm，選擇拉桿定距桿結構。 拉桿直徑選擇16mm，選擇4根拉桿，距離按實際需要選取。定距管為，距離按實際需要選取。3.4.11 分程隔

39、板與緩沖板分程隔板：隔板材料為Q235C 隔板最小厚度為8mm（G151-99） 設計時取10mm緩沖板：管程流速小可以不用緩沖板殼程流速約10m/s，接管直徑200mm，緩沖板厚度為6mm長度300mm3.4.12 總重量計算3.4.12.1 管板重量：管板材料為16MnR，數(shù)量為2個 3.4.12.2法蘭重量：法蘭材料為16MnR，兩個容器法蘭 凸面法蘭 采用石棉橡膠墊片（JB/T4704-2000） DN=500mm PN=2.5MPa D=565mm d=515mm 殼程接管法蘭 管程接管法蘭 3.4.12.3 接管質(zhì)量：接管材料為 殼程接管 管程接管 3.4.12.4 筒體質(zhì)量：筒體

40、材料Q235-C 1m長的筒體質(zhì)量為100kg 筒體總質(zhì)量約為 3.4.12.5 管束質(zhì)量：管束材料為Q235-A 3.4.12.6 拉桿質(zhì)量：拉桿材料Q235-A 3.4.12.7 折流板質(zhì)量：折流板材料16Mn 3.4.12.8 封頭質(zhì)量:封頭材料Q235-C 一個封頭質(zhì)量為20kg，數(shù)量為2，則總質(zhì)量為 3.4.12.9 定距管質(zhì)量：定距管材料Q235-A 根數(shù)為4 則： 3.4.12.10 補強圈質(zhì)量：補強圈材料16MnR DN=200時質(zhì)量 DN=125時質(zhì)量 總質(zhì)量3.4.12.11螺栓和螺母的質(zhì)量在DN=500、PN=2.5MPa時，一個螺栓的質(zhì)量為0.554kg在DN=125、

41、PN=2.5MPa時，一個螺栓的質(zhì)量為0.149kg在DN=200、PN=2.5MPa時，一個螺栓的質(zhì)量為0.153kg 螺栓總質(zhì)量：I型M24螺母質(zhì)量為0.0888kg，M16螺母質(zhì)量為0.029kg螺母總質(zhì)量： 3.4.12.12 總質(zhì)量最大載荷為根據(jù)JB/T4725-92,選擇如下制作本體允許載荷Q/(kN)適用容器公稱直徑DN/mm高度H/mm螺紋（螺栓孔直徑24mm）AN型支座質(zhì)量/kg20500-1000160M201.53.5離心泵和風機的選取管程進口流量為： 設高度差為取揚程為根據(jù)流量和揚程選擇離心泵為IS80-50-315流量揚程轉(zhuǎn)速效率軸功率電機功率必需汽蝕余量31.5m5

42、6%4.6kw5.5kw3.0m風機:殼程進口采用風機旋轉(zhuǎn)式鼓風機。換熱器主要結構尺寸和計算結果參數(shù)管程殼程流率/（/h）水：32853.6正戊烷：3157進（出）口溫度/32（40）51.7（51.7）壓力/MPa 2.52.5物性定性溫度/3651.7密度/Kg/m3993.6596定壓比熱容/(KJ/Kg/)4.1742.34粘度/Pa.s0.712×10-30.18×10-3設備結構參數(shù)型式固定管板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm500臺數(shù)1管徑/mm25×2.5管心距/mm32管長/mm4500管子排列正三角形管數(shù)目/根106折流板數(shù)/個14傳熱面積/m236.

43、6折流板間距mm300管程數(shù)4殼體材質(zhì)Q235-C主要計算結果管程殼程流速/（m/s)1.10710表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/(W/m2/)5255.31264.7污垢熱阻/(m2. /W)3.44×10-41.4×10-4熱流量/kW304.735傳熱溫差/10傳熱系數(shù)/( W/m2/)609.4裕度/%11.6%附錄一附錄二：本書符號說明符號單位所表示的意義Qkw傳熱速率平均溫度差KW/()總傳熱系數(shù)kJ/(kgK)冷卻水比熱容A以傳熱管外表面為基準的傳熱器的換熱面積正戊烷進口溫度正戊烷出口溫度冷卻水進口溫度冷卻水出口溫度kw/(K)管程對流傳熱系數(shù)kw/(K)殼程對流傳熱系數(shù)kw/(m K)管壁導熱系數(shù)kg/操作溫度下冷卻水密度kg/操作溫度下正戊烷密度Pa s操作溫度下冷卻水粘度Pa s操作溫度下正戊烷粘度1管程流動雷諾常數(shù)1殼程流動雷諾常數(shù)rkJ/kg正戊烷汽化潛熱n1