換熱器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、換熱器的設(shè)計(jì)1.1 換熱器概述換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多任務(wù)業(yè)部門的通用設(shè)備，在生 產(chǎn)中占有重 要地位。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式 基本上可分三大類即： 間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱 器應(yīng)用最多。換熱器隨著換熱目的 的不同，具體可分為加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、 冷凝器，再沸器和熱交換器等。由于使用條 件的不同，換熱設(shè)備又有各種各樣的 形式和結(jié)構(gòu)。換熱器選型時(shí)需要考慮的因素是多方面的，主要有：1熱負(fù)荷及流量大??；2流體的性質(zhì)；3溫度、壓力及允許壓降的范圍；4對(duì)清洗、維修的要求；5設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、重量；6價(jià)格、使用安全性和壽命； 按

2、照換熱面積的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類可分為管型、板型和其它型式的換熱 器。其中，管 型換熱器中的管殼式換熱器因制造容易、生產(chǎn)成本低、處理量大、 適應(yīng)高溫高壓等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng) 用最為廣泛。管型換熱器主要有以下幾種形式：（1）固定管板式換熱器：當(dāng)冷熱流體溫差不大時(shí)，可采用固定管板的結(jié)構(gòu)型 式，這 種換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。但由于殼程不易清洗或檢修， 管外物料應(yīng)是比較 清潔、不易結(jié)垢的。對(duì)于溫差較大而殼體承受壓力較低時(shí)，可 在殼體壁上安裝膨脹節(jié)以減少 溫差應(yīng)力。（2）浮頭式換熱器：兩端管板只有一端與殼體以法蘭實(shí)行固定連接， 稱為固 定端。 另一端管板不與殼體連接而可相對(duì)滑動(dòng)，稱為浮頭端。因此，管束的

3、熱膨 脹不受殼體的約 束，檢修和清洗時(shí)只要將整個(gè)管束抽出即可。適用于冷熱流體溫 差較大，殼程介質(zhì)腐蝕性 強(qiáng)、易結(jié)垢的情況。(3)U形管式換熱器換：熱效率高，傳熱面積大。結(jié)構(gòu)較浮頭簡(jiǎn)單，但是管 程不易清洗，且每根管流程不同，不均勻表1-1換熱器特點(diǎn)一覽表分類名稱特性固定岡性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況(一般W50。C)，管間不 能管板清洗管式帶膨脹節(jié)：有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受較低的壓力殼浮頭管內(nèi)外均能承受高壓，殼層易清洗，管殼兩物料溫差120C;式式內(nèi)墊片易滲漏U型管制造、安裝方便，造價(jià)較低，管程耐壓高；但結(jié)構(gòu)不糸湊、管式管子不易更換和不易機(jī)械清洗式填料函式內(nèi)填料函：密封性能差，只能用于

4、壓差較小場(chǎng)合外填料函：管間容易泄露，不易處理易揮發(fā)、易爆易燃及壓力較咼場(chǎng)合釜式殼體上都有個(gè)烝發(fā)空間，用于烝汽與液相分離套管式雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)合或固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作，用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器及預(yù)熱器板式板式拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性加大的液體間換熱螺旋板板制造簡(jiǎn)單，緊湊，可用于帶顆粒物料，溫位利用好；不易檢 修傘板式制造簡(jiǎn)單、緊湊、成本低、易清洗，使用壓力不大于1.2Mpa,使用溫度不大于150C板殼式板數(shù)類似管束，可抽出清洗檢查，壓力不能太高蓄執(zhí)八、式回旋式盤式傳熱效率咼，用于咼溫?zé)煔饫鋮s等鼓式用于空氣預(yù)熱器等固疋格至式緊湊式適用于低溫到咼

5、溫的各種條件非緊湊式適用于咼溫及腐蝕性氣體場(chǎng)合表面擴(kuò)展式板翅式緊湊、效率高?？啥喙晌锪魍瑫r(shí)換熱，使用溫度不大于150C,主要用于粘性加大的液體間換熱管翅式咼效而緊湊，換熱面積大，傳熱效果好在過(guò)程工業(yè)中，由于管殼式換熱器具有制造容易，生產(chǎn)成本低，選材范圍廣,清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量大，工作可靠，且能適應(yīng)高溫高壓等眾多優(yōu)點(diǎn)，管殼式換熱器被使用最多。工業(yè)中使用的換熱器超過(guò)90躺E是管殼式換熱器，在工業(yè)過(guò)程熱量傳遞中是應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。結(jié)合上述優(yōu)點(diǎn)和本工藝的特點(diǎn)，本工藝的換熱器主要選用管殼式換熱器。1.2 管殼式換熱器的選用1.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定管徑管徑越小換熱器越緊湊、便宜，但壓力降會(huì)

6、增加。為了滿足允許的壓降，一般選用19mr的管子；對(duì)于物流流量較大的，采用25mm以上的管子。管長(zhǎng)無(wú)相變傳熱時(shí)，管子長(zhǎng)則換熱系數(shù)增加，對(duì)于相同的換熱面積，管子長(zhǎng)則管程數(shù)減小，使得壓力降減小，每平方米傳熱面積比降低。我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長(zhǎng)度為6m故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長(zhǎng)有1.5 m，2 m，3 m，6 m和9 m五種。因此，一般管 長(zhǎng)取4-6m,對(duì)大面積，無(wú) 相變換熱器管長(zhǎng)可取至8?9m管子配布換熱管在管板上的排列方式主要有正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形。正三角形排列形式最為普遍，由于管距都相等，可以在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)。但因管外不易清洗，其適用場(chǎng)合受到限制，主要適用于殼程介質(zhì)污垢

7、少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場(chǎng)合。而采用正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列的管束，能夠使管間小橋形成一條直線通道，便于管外機(jī)械清洗。管心距管心距小設(shè)備緊湊，但將引起管板增厚、清潔不便、殼程壓降增大。故一般選用范圍為1.25?1.5d（d為管外徑）。表1-2換熱管管心距換熱管外徑/mm19253238換熱管中心距/mm25324048分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距/mm38445260管程數(shù)管程數(shù)增加，管內(nèi)流速增加，傳熱系數(shù)增加。管程數(shù)一般有1、2、4、& 8、10、12等七種。但管程數(shù)不能分得太多，以免壓力降過(guò)大，且隔板要占用相當(dāng)大的布管面積。折流板折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直于管束流動(dòng)，提高

8、流速，從而增 加流體流 動(dòng)的湍流程度，獲得較好的傳熱效果。折流板型式可分為圓缺形（弓形） 折流板、盤環(huán)形折 流板、孔式折流板和折流圈。表1-3折流板間距常用數(shù)值管長(zhǎng)（mm）折流板間距（mm）30001002003004506004500?60001500?600015020030045060060002003004506007500,900075060003004506007507500,90006000?90004506007501.3 換熱器詳細(xì)設(shè)計(jì)本工藝共有41臺(tái)換熱設(shè)備（換熱器、再沸器、冷凝器、預(yù)熱器），這里我們以浮頭式換熱器（E0602）詳細(xì)設(shè)計(jì)為例。熱物流經(jīng)該換熱器換熱溫度降至目標(biāo)

9、溫度，冷卻物流為循環(huán)冷卻水。由Aspen軟件得到冷熱工藝物流數(shù)據(jù):表1-4工藝操作參數(shù)操作參數(shù)參數(shù)殼程管程介質(zhì)循環(huán)冷卻水甲苯回收塔塔底去一級(jí)結(jié)晶質(zhì)量流量（Kg/h）343740.084194.9入口溫度（C）20.00138.00出口溫度（C）30.0034.00入口壓力（bar）3.002.87出口壓力（bar）2.872.7413初步選擇換熱器的形式后，根據(jù)任務(wù)要求利用Aspen Excha nger Desig n&Rating V7.2進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出來(lái)的換熱器工藝參數(shù)如圖1-1所示：1Cornog-2_ocali on3Seivire of Un it:Our Refer

10、e nee:41 ternNOJ丫our R eferencei5Dae:RBVNQ-Job Na.:G Size750 - 5950mmType BETHoiConnected in1 parallel1 swifts7SuHg曲1736 nPShels/unit 15urF/shel(eff.)173 60PERFORMANCE OF ONE UNll9zluidAlocati onShelSideTube SidleHJzluid FWfts:令卻冰甲苯塔據(jù)底去一級(jí)皓晶11zluid qua ntityA Total95.4E53323.3693V4PO4 (In/Out)000013L

11、iqud95.433535.4535213693Z3L3E9314Moncondsn sable0000151RT empefJture (In/Out)20301343017Dew / Bubble point18VapoiAiquidkg/mi?/ saa.st/ 389.22f759.9/ 857.771JVi$CA$A/ 1.0214/eise/ .2272/ .574S20Moteoiar wt. Vap丨MolecJarvjt, NC22Spedfic heat/ 4.S39/ 4.832/ 2.12/ 1.E81Theimal con ductiviA/ .5991/ .6132

12、/ .1042/ 伽24ate nt heat巧Piess ne (ab$)32725662.07258C2626Velocitym/s51.3577PrKSW drop, alloA./calc.5274144.2837428zou ing resist, mi n.00017.0001?.00022 Ac based嚴(yán)Heal exchanged46147MTD cotrected34 9730T ransfer rate. S ervice760.1Dirtv7G7.3Clean 1097 6筍CONSTRUCTION OF ONE SHELLSketch32She! SideFiteS

13、idet frJJDejig n/vAc/test pressure g4/4/i34Design temperatureE517035Number passes per shell14霑1匚onsion jllowaneeA1811837 Comimectio nsnmm1304.3 /11524/JU : Size/iA UngOul1254/l1S24/39Nomi nalnteriwiJAtef/4U Tube No. 514OD 19TksAvg 2mm Length 5850mm Pitch 25-11 -ubeiypt PlainMaterial Carbon Sled1 Tub

14、e pattern 3042 : Shel Carbo n SteelID 750OD 774Shell coverCarb on Steell4JCha nnel or bonnetCabon SttftlChannsl coverCarbon Steel44 ubesheet-Atati onary Caibcm Steel-T ijbeAheet-floati ngCarbo n S tel45:loating head cover Caiitnn SteelImpin geme nt protecli onNone常B-afrltCtossing Carbon Ste?lTyps Si

15、ngle segmentalCoi(Ad) 39.15H Apdcing: c/c 52547BaffleJong-Seal tppe| Inlet46E.484U : SuppNU4ubeU-be ndType4A日ypasswalT ube-tubesheet jo? nr Exp.50Expa nsioin joi nt?Type None51：lhcV2ldet nozzle1714Bundte entranee 8G3Bunde ? Kit 239452 G askets - S hell sideFJat M etal J acket FibeT ube S ideFlat Met

16、al Jacket FibeFloating headFht Metal Jacket Fibe利Code lequirementsAS ME Cade Sec VIII Div 1TEMA class R - refinery service55 WeiATShell5229 7Fifed with775313Bun dle2974.1Rem#k$57ba圖1-1換熱器工藝參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 利用Aspen Excha nger Desig n&Rati ng V7.2軟件也可以對(duì)換熱器進(jìn) 行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模擬出來(lái)的結(jié)果如下1換熱管設(shè)計(jì)TubesTypePlainT otal riumber5

17、14Outside diametermm19Number of tubes pluggedCn side diametermm15T ube len gth actualmm5950Wall thick nessmm2T ube len gth effectivemm5650Area ratio AoMi1 27Tubeiheet thick nessmm44.52Pitchmm25MaterialCarbo n SteelPatter n30Thermal con ductivity艸E K)517845Exter nal en PiAriceme ntIntefnal enhan ceme

18、 nt圖1-2換熱管基本參數(shù)ocrooocooAoooooo圖1-3換熱管排列方式5850mm換熱管根數(shù)514根。管子排列方式為正三角形排列。2折流板和管口設(shè)計(jì)折流板的設(shè)置主要是為了提高殼程的流速，增加擾動(dòng)，改善傳熱。這里選擇單弓形折流板，并且圓缺方向的高度為殼體公稱直徑的0.15?0.45,折流板間距般不小于圓筒內(nèi)徑的1/5。折流板的數(shù)目及厚度等基本參數(shù)見(jiàn)圖1-4所示BafflesTypeSin gle segme nklDfllfie cwt-inner / outer f in terr nT uties in win dowYesActual (Z diameler/39.15/Num

19、ber10Nominal偽darneter)/40/Spaci ng (center-center)mm525Actual % area)/36.3/Spaci ng mt inletmm45B.43CUI orie ntationHSpao ing at outletmm4S6.48Thickressmma52Spaci ng at central in/out for GXI$hell$mir nT ute rows in Iwffle overlap5Spading mt center of H shellmmT ube rows in baffle wi ndow11.5End len

20、 gth a* front headrpj|rr|514BAfle hole - tube od diam cleara neemm.4End len gth at rear headmm611Shel id - baffle od diam cleara neemm4.7S圖1-4折流板基本參數(shù)OOOOOOOOCOOO .000000000 000Bn*1l.bFn i呻匕亠屮MlMl倬jfcaBn-ran-A.4聲戶rwk uU JdXMT* raa frf-inMr-ft-L-JRW?1 .?”TiIMMjba? rArrvvXLmrg，斑：八M-? -sMM1MbiUMMaen Ehe

21、iJ縣Tqtla-*w-”TiMILta二仙土左二4二-7011上-*arw.:*-.CACilfflfl-* Hi.二巳|換熱管為平滑管，外徑19mm壁厚為2mm管間距為25mm管長(zhǎng)loe&oc _ o2oo00000000000IOOOOOOOOQOOoo&eoo&oeooo折流板數(shù)目為6,折流板型式為單弓形，切割率為39.15%。折流板朝向?yàn)樗?，與進(jìn)出口間隔（第一塊與進(jìn)口或最后一塊與出口端面的距離）為466.48mm兩塊板間隔為525.00mmShell SideTube SideNozzle typeInletOutletIrJetOutletNumber o

22、f no zzles1111Actual outside diamelermini323 95273 05ica 28iee.28In side diameter304,8254.51154.05154.05Height un der no zzlemm11 a別45.99圖1-5管口基本參數(shù)管程進(jìn)、出口管口各有一個(gè)。其中，管程進(jìn)口管口外徑為168.28mm內(nèi)徑154.05mm管程出口管口外徑168.28mm內(nèi)徑154.05mm殼程進(jìn)、出口管口亦各有一個(gè)，殼程進(jìn)口管口外徑為323.85mm內(nèi)徑304.8mm殼程出口管口外徑273.05mm內(nèi)徑254.51mm3管束B(niǎo)un dieShell ID

23、 to center 1 st tube rowmmT ube passeszFrom top4599Tube p力口g layoutMixed (H)From bottom110.94T ube passn eti onn dard (hariz on tal)From right71.47UAbe nd orie ntati onun defi nedFrom Left71.47Horizontal pa鈾lane刊withmm19.06mpin geme nt protecli onNo neVertical p*sg lane widthmmiaosmpin geme nt dista neemmIn terpas; tube alig nmentNompingernenl plate diametermmDeviation in訕女口pm舞a 56mpin geme nt plate widthmmiOuter his limitmm619mpingernenl plate lengthmmShel id - bundle otl diam dearaneemm1131mpingementplate thicknessmmTie rod nu mber6Grass surface a