列管式換熱器的結(jié)構(gòu)

1、蘇州科技學院化學生物與材料工程學院化工原理課程設(shè)計報告 列管式換熱器設(shè)計年級：專業(yè)：設(shè)計者姓名：學號：指導老師：完成日期：設(shè)計任務(wù)1、設(shè)計題目： 列管式換熱器的設(shè)計2、設(shè)計目的： 通過對列管式換熱器的設(shè)計，達到讓學生了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當?shù)念愋?，同時還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。 3、 設(shè)計任務(wù)：某煉油廠用柴油將原油預熱。柴油和原油的有關(guān)參數(shù)如下表, 兩側(cè)的污垢熱阻均可取1.7210-4m2K/W，換熱器熱損失忽略不計，管程的絕對粗糙度=0.1mm，要求兩側(cè)的阻力損失均不超過0.4105Pa。試設(shè)計一臺適當?shù)牧泄?/p>

2、式換熱器。(y:學號后2位數(shù)字) 物料 比 熱 kJ/(kg) 密 度 kg/m3 導熱系數(shù) W/(m) 粘度 Pas 工作壓力柴油 2.48 715 0.133 0.6410-3 常壓原油 2.20 815 0.128 3.010-3 常壓（1） 生產(chǎn)能力和載熱體用量：原油 42000 +200*1（2）*y kg/h柴油 35000 +150*1（2）*y kg/h（2） 設(shè)備形式 列管式換熱器（3） 操作條件 原油：入口溫度=70，出口溫度=110 柴油：入口溫度=175，出口溫度T23. 設(shè)計內(nèi)容： (1) 設(shè)計方案的確定及流程說明(2) 換熱面積的估算(3) 管子尺寸及數(shù)目計算(4)

3、 管子在管板上的排列(5) 殼體內(nèi)徑的確定(6) 附件設(shè)計(選型)(7) 換熱器校核（包括換熱面積、壓力降等）(8) 設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計一覽表(9) 對本設(shè)計的評述或有關(guān)問題的分析討論（1）設(shè)計列管式換熱器時，通常都應選用標準型號的換熱器，為什么？ （2）為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？ （3）在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒有擋板時，其對流傳熱系數(shù)的計算方法有何不同？ （4）說明列管式換熱器的選型計算步驟？（5）在換熱過程中，冷卻劑的進出口溫度是按什么原則確定的？ （6）說明常用換熱管的標準規(guī)格（批管徑和管長）。 （7）列管式換熱器中，兩流體的流動方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點？(10)

4、參考文獻圖紙要求：用A3圖紙繪制換熱器一張：一主視圖，一剖面圖，兩個局部放大圖。 成績依據(jù)：設(shè)計說明書 （參考工作態(tài)度）目錄第一章 文獻綜述第一節(jié) 概述一、 換熱器的概念二、 換熱器的分類三、 列管式換熱器的標準簡介四、 列管式換熱器選型的工藝計算步驟五、換熱器設(shè)備應滿足的基本要求第二節(jié) 列管式換熱器結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)一、 管束及殼程分程二、 傳熱管三、 管的排列及管心距四、 折流板和支撐板五、 旁路擋板和防沖擋板六、 其他主要附件七、 列管式換熱器結(jié)構(gòu)基本參數(shù)第三節(jié) 設(shè)計計算的參數(shù)選擇一、 冷卻劑和加熱劑的選擇二、 冷熱流體通道的選擇三、 流速的選擇四、 流向的選擇第二章 列管式換熱器的設(shè)計計算

5、第一節(jié) 換熱面積的估算一、計算熱負荷二、 估算傳熱面積第二節(jié) 換熱器及主要附件的試選一、試選管型號二、換熱器結(jié)構(gòu)一些基本參數(shù)的選擇第三節(jié) 換熱器校核一、核算總傳熱系數(shù)二、核算壓強降第四節(jié) 設(shè)計結(jié)果一覽表第三章 設(shè)計總結(jié)、感想及有關(guān)問題分析討論參考文獻第一章文獻綜述 第一節(jié)概述一、換熱器的概念換熱器（英語翻譯：heatexchanger），是將熱流體的部分熱量給冷流體，使流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標的熱量交換設(shè)備，又稱熱交換器。二、換熱器的分類根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。（1）固定管板式換熱器這類換熱器如圖1-1所示。固定管

6、辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 圖1-1 固定管板式換熱器（2）U型管換熱器U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當殼體與U型環(huán)熱管由溫差時，不會產(chǎn)生溫差應力。U型管式換熱器(見圖1-2)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內(nèi)清洗

7、困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報廢率較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。 圖1-2 U型管式換熱器（3）浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。1-殼蓋；2-固定管板；3-隔板；4

8、-浮頭鉤圈法蘭；5-浮動管板；6-斧頭蓋 圖1-3 浮頭式換熱器（4）填料函式換熱器 其特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。填料函式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。三、列管式換熱器的標準簡介列管式換熱器的設(shè)計、制造、檢驗與驗收必須遵循中華人民共和國國家標準“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”(GB151)執(zhí)行。按該標準，換熱器的公稱

9、直徑做如下規(guī)定：卷制圓筒，以圓筒內(nèi)徑作為換熱器公稱直徑，mm;鋼管制圓筒，以鋼管外徑作為換熱器的公稱直徑，mm。換熱器的傳熱面積：計算傳熱面積，是以傳熱管外徑為基準，扣除伸入管板內(nèi)的換熱管長度后，計算所得到的管束外表面積的總和（m2)。公稱傳熱面積，指經(jīng)圓整后的計算傳熱面積。換熱器的公稱長度：以傳熱管長度（m)作為換熱器的公稱長度。傳熱管為直管時，取直管長度；傳熱管為U型管時，取U管的直管段長度。該標準還將列管式換熱器的主要組合部件分為前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)(包括管束）三部分，詳細分類及代號見文獻3，5。該標準將換熱器分為I、兩級，I級換熱器采用較高級冷拔傳熱管，適用于無相變傳熱和易產(chǎn)生振動

10、的場合。級換熱器采用普通級冷拔傳熱管，適用于再沸、冷凝和無振動的一般場合。列管式換熱器型號的表示方法如下：1、 1第一個字母代表前端管箱形式2第二個字母代表殼體形式3第三個字母代表后端結(jié)構(gòu)形式2、公稱直徑（mm） 對于釜式重沸器用分數(shù)表示，分子為管箱內(nèi)直徑，分母為圓筒內(nèi)直徑3、管/殼程設(shè)計壓力（Mpa）。壓力相等時只寫Pt4、公稱換熱面積（）5、當采用Al, Cu, Ti換熱管時，應在LN/d后面加材料瓊等號，如LN/DCuLN-公稱長度，md-換熱管外經(jīng)，mm6、管/殼程數(shù)。單殼程時只寫Nt7、I-I級（換熱器）管束采用較高級冷拔換熱管，適用于無相變傳熱和易產(chǎn)生振動場合II-II級（換熱器）

11、管束 采用普通級冷拔換熱管，適用于受沸、冷凝傳熱和無振動一般場合四、列管式換熱器選型的工藝計算步驟1、計算熱負荷(不考慮熱損失)，由熱量守恒可計算柴油出口溫度T22、計算逆流平均溫差3、確定流體走向 4、換熱面積估算A估=Q/(K估tm逆)取換熱管的規(guī)格為252.5mm碳素鋼管(8.3kg/6m)。估算單管程的管子根數(shù) 根據(jù)傳熱面積A估計算管子的長度L， 5、管程數(shù)Nt的確定由于L數(shù)值太大，換熱器不可使用單管程的形式，必須用多管程。我們選擇管程的長度為6m，則Nt = L/6(管程數(shù)通常選擇偶數(shù))R=(T1-T2)/(t2-t1)S=(t2-t1)/(T1-t1)根據(jù)R，S的值，查化工原理教材

12、中圖6-55(a)，得溫度校正系數(shù)tm=tm逆6、求實際換熱面積A實際換熱管數(shù)為n=nNt=A實際=L(d0)nNt7、選擇換熱器殼體尺寸選擇換熱管為三角形排列，換熱管的中心距t=32mm。=nc=1.1n最外層換熱管中心線距殼體內(nèi)壁距離：b=(11.5)d0殼體內(nèi)徑：D= t ( nc 1 ) + 2b圓整后，換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=550mm，殼體體的標記：筒體DN550=8 L=5910。筒體材料選擇為Q235-A，單位長度的筒體重110kg/m,殼體總重為110*(5.910-0.156)=632.94kg。（波形膨脹節(jié)的軸向長度為0.156m）8、確定折流擋板形狀和尺寸9、波形膨脹節(jié)

13、10、傳熱系數(shù)K的計算11、壓強降的計算厚度選擇8mm。長度定為5996mm。殼五：列管式換熱器應滿足的基本要求（1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件傳熱量、流體的熱力學參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的條件。設(shè)計者應根據(jù)這些條件進行熱力學和流體力學的計算，經(jīng)過反復比較，使所設(shè)計的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。其具體做法如下。大傳熱系數(shù)。在綜合考慮流體阻力及不發(fā)生流體誘發(fā)振動的前提下，盡量選擇高的流速。提高平均溫差。對于無相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因為這樣不僅可提高平均溫差，還有助于減少結(jié)構(gòu)中的溫差應

14、力。在允許的條件時，可提高熱流體的進口溫度或降低冷流體的進口溫度。妥善布置傳熱面。例如在管殼式換熱器中，采用合適的管間距或排列方式，不僅可以加大單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流體的流動特性。錯列管束的傳熱方式比并列管束的好。如果換熱器中的一側(cè)有相變，另一側(cè)流體為氣相，可在氣相一側(cè)的傳熱面上加翅片以增大傳熱面積，更有利于熱量的傳遞。（2）安全可靠換熱器是壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應力以及疲勞壽命計算時，應遵照我國鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定與鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標準。這對保證設(shè)備的安全可靠起著重要的作用。（3）有利于安裝、操作與維修直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)備

15、。設(shè)備與部件應便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。（4）經(jīng)濟合理評價換熱器的最終指標是：在一定的時間內(nèi)（通常為1年）固定費用（設(shè)備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為最小。在設(shè)計或選型時，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標尤為重要。動力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高又有利于傳熱，因此存在一最適宜的流速。傳熱面上垢層的產(chǎn)生和增厚，使傳熱系數(shù)不斷降低，傳熱量隨之而減少，故有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部分費用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補償，因

16、此存在一最適宜的運行周期。嚴格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來進行經(jīng)濟核算以確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠全面的，應以整個系統(tǒng)中全部設(shè)備為對象進行經(jīng)濟核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大，當影響換熱器的各項因素改變后對整個系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經(jīng)濟核算仍然是可行的。第二節(jié)：列管式換熱器結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)一：管束及殼程分程1、管束分程：為了解決管束增加引起管內(nèi)流速及傳熱系數(shù)降低的問題即將管束分程。在換熱器的一端或兩端的管箱中安置一定數(shù)量的隔板，一般每程中管束大致相等。注意溫差較大的流體應避免緊鄰，以免引起較大的溫差應力。管程分程的方案參見圖1.從制造、

17、安裝、操作的角度考慮，偶數(shù)管程有更多的方便之處，因此用得最多。但程數(shù)不宜太多，否則隔板本身占去相當大的布管用的面積，且在管程中形成旁路，影響傳熱。 圖2-1平行的與T形的管束分程圖2、殼程分程：殼程分程的型式見圖2，E型最為普通，為單殼程。F型與G型均為雙殼程，它們的不同之處在于殼側(cè)流體進出口位置不同。G型殼體又稱為分流殼體。當它用作水平的熱虹吸式再沸器時，殼程中的縱向隔板起著防止輕組分的閃蒸與增強混合的作用。H型和G型相似，只是進出口接管與縱向隔板均多一倍，故稱之為雙分流殼體。G型與H型均可用于以壓力降作為可控制因素的換熱器中?？紤]到制造上的困難，一般的換熱器殼程數(shù)很少超過2倍。 圖2-2

18、換熱器的殼程形式二、傳熱管傳熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體，管徑可取小些。但對于不潔凈活易結(jié)垢的流體，管徑應取的大些，以免堵塞。此外，小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；對于相同的殼徑，可排列較多的管子。因此選擇小直徑的管子單位體積所提供的傳熱面積更大，設(shè)備更緊湊，但管徑小，流動阻力大，機械清洗困難，設(shè)計時可根據(jù)具體情況選擇適當?shù)墓軓??？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標準規(guī)定采用252.5和192兩種規(guī)格，對一般流體是適應的。此外，還有572.5的無縫鋼管和252的耐酸不銹鋼管。按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所

19、需傳熱面積，求得管子長度。實際所取管長應根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m、9m，故系列標準中管長有1.5,2,3,4.5,6,和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應與管徑相適應，一般管長與管徑之比，即L/D約為46。三、管的排列及管心距1、管的排列：換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如圖2-3所示。 圖2-3 傳熱管的排列方式正三角形排列使用最普遍這是因為在同一管板上可以排列較多的管子，且管外傳熱系數(shù)較高，但管外不易機械清洗。適用于殼程流體較清潔、不需經(jīng)常清洗管壁的情況。正方形排列的傳熱管數(shù)雖然較正三角

20、形排列得少，傳熱系數(shù)也較低，但便于管外表面進行機械清洗。當管子外表面需用機械清洗時，采用正方形排列。為了提高管外傳熱系數(shù)，且又便于清洗管外壁面，往往采用正方形錯列。同心圓形排列管子緊湊，且靠近殼體處布管均勻，在小直徑的換熱器中，管板上可排的管數(shù)比正三角形還多，這種排列法僅用于空分設(shè)備上。此外，對于多程列管式換熱器，常采用組合排列的方法，如每一程內(nèi)采用三角形排列，而在各程之間，為了便于安排隔板，則采用正方形排列方法4。在此項目設(shè)計中選擇換熱管的規(guī)格為252.5碳鋼管，管子成正三角形排列。2、管心距：管板上兩管子中心距離t稱作管間距。管間距取決于管板的強度、清洗管子外表面時所需的空隙，管子在管板上

21、的固定方法等。當管子采用焊接方法固定時，相鄰兩根管的焊接太近，會相互受到影響，使焊接質(zhì)量不易保證，一般取t=1.25d0（d0為管子外徑）。當管子采用膨脹固定時，過小的管間距會造成管板在脹接時由于擠壓力的作用發(fā)生變形，失去管子與管板之間的連接力，故一般采用t=（1.31.5）d0。常用的d0與t的對比關(guān)系見表3。 表3 管殼式換熱器d0與t的關(guān)系換熱器外徑 10 14 19 25 32 38 45 57d0/mm 換熱器中心距 14 19 25 32 40 48 57 72 l/mm四、折流板和支撐板列管式換熱器的殼程流體流通面積比管程流通截面積大，在殼程流體屬對流傳熱條件時，為增大殼程流體的

22、流速，加強其湍動程度，提高殼程給熱系數(shù)，需設(shè)置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類，單殼程的換熱器僅需設(shè)置橫向折流板，多殼程換熱器不但需要設(shè)置橫向折流板，而且需要設(shè)置縱向折流板將換熱器分為多殼程結(jié)構(gòu)。對于多殼程換熱器，設(shè)置縱向折流板的目的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實現(xiàn)多殼程結(jié)構(gòu)，減小多管程結(jié)構(gòu)造成的溫差損失。橫向折流板同時兼有支承傳熱管，防止產(chǎn)生振動的作用。其常用的型式有弓形折流板和圓盤-圓環(huán)形折流板。弓形折流板結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，在實際設(shè)計中最為常用。弓形折流板切去的圓缺高度一般是殼體內(nèi)徑的10%40%，常用值為20%25%。折流板間距，在阻力允許的條件下盡可能小，允許的折

23、流板最小間距為殼體內(nèi)徑的20%或50mm(取兩者中的較大值）。折流板間距一般不能大于殼體內(nèi)徑，否則會使殼程流體不是垂直流過管束，致使殼程給熱系數(shù)有所下降。臥式換熱器弓形折流板的圓缺面可以水平或垂直裝配，如圖2-10和圖2-11所示。水平裝配，可造成流體的強烈擾動，傳熱效果好，一般無相變傳熱均采用這種排列方法。垂直裝配主要用于臥式冷凝器、再沸器或流體中帶有固體顆粒的場合，以有利于冷凝器中的不凝氣和冷凝液的排放。具有橫向折流板的換熱器不需另設(shè)支承板，但當工藝上無安裝折流板的要求時，則應考慮設(shè)置一定數(shù)量的支承板，以防止因傳熱管過長而變形或發(fā)生振動。一般支承板為弓形，其圓形缺口高度一般是殼體內(nèi)徑的40

24、%45%。支承板的最大間距與管子直徑和管壁溫度有關(guān)，也不得大于傳熱管的最大無支撐跨距（見表2-5)。 表2-5 最大無支撐跨距/mm換熱器外徑/d01014192532384557最大無支撐跨距8001112223 100 500 900 200 500 800 200 五、旁路擋板和防沖擋板 1、旁路擋板旁路擋板也稱密封條，是化工生產(chǎn)中換熱器設(shè)備的內(nèi)件之一。它主要是為了防止由殼體和管束之間的旁流（C流路）。旁路擋板沿著殼體嵌入到已銑好凹槽的折流板內(nèi)，與折流板焊接牢固。它一般是成對設(shè)置的，一般只設(shè)置一對。它的厚度可取折流板相同的厚度。旁路擋板的數(shù)量推薦如下：公稱直徑500mm時，一對擋板；50

25、0mmDN1000mm時，兩對擋板；DN1000時，不少于三對擋板。 防沖擋板2、防沖擋板在殼程進口接管處裝有防沖擋板，可防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕管束振動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。一般當殼程介質(zhì)為氣體和蒸汽時，應設(shè)置防沖擋板。對于液體物料，則以其密度和入口管內(nèi)流速平方的乘積來確定是否設(shè)置防沖擋板。非腐蝕性和非磨蝕性物料當其值大于2230，應設(shè)置防沖擋板。一半液體，大于740時則需設(shè)置防沖擋板。六、其他主要附件其它主要附件包括封頭、接管、導流筒、拉桿、定距管?；?、膨脹節(jié)、法蘭、墊片以及支座等。通常由工藝計算選取標準換熱器后，其具體尺寸(包括接管、法蘭等尺寸)可由標準圖紙

26、查取。值得一提的是，在選取標準換熱器時，需注意接管的尺寸應與輸送該流體的管道尺寸保持一致。七、列管式換熱器結(jié)構(gòu)基本參數(shù)1、固定管板式換熱器標準系列JB/T4715-92標準中規(guī)定了固定管板式列管換熱器的型式、基本參數(shù)、列管排列形式、折流板的型式和拉桿及定矩管的規(guī)格及數(shù)量等。其基本參數(shù)包括以下各項。（1）公稱直徑DN鋼管制圓筒：159，219，273，325mm卷制圓筒：400，450，500，600，700，800，900，1000，（1100），1200，（1300），1400，（1500），1600，（1700），1800mm（2）公稱壓力PN0.25，0.60，1.00，1.60，2.5

27、0，4.00，6.40MPa（3）換熱管長度L1500，2000，3000，4500，6000，9000mm（4）換熱管規(guī)格及排列形式（表1-8） 表1-8換熱器規(guī)格及排列形式換熱管外徑壁厚（d）/mm排列形式管間距碳素鋼、低合金鋼不休耐酸鋼252.5252正三角形3219219225（5）折流板間距（表1-9） 表1-9折流板（支承板）間距公稱直徑DN/mm管長/mm折流板間距/mm=500=3000100200300450600_45006000_60080015006000250200300450600_9001300=6000_200300450600_75009000_7501400

28、16006000_30045060075075009000_1700180060009000_4506007502、浮頭式列管換熱器浮頭式列管換熱器標準系列JB/T4714-92中的主要參數(shù)為：公稱直徑DN導流筒換熱器 鋼管制圓筒：325，426mm 卷制圓筒：400，500，600，700，800，900，1000，（1100），1200，（1300），1400，（1500)，1600，(1700)，1800mm 外導流筒換熱器 卷制圓筒：500，600，700，800，900，1000mm冷凝器鋼管制圓筒：426mm冷凝器卷制圓筒：400，500，600，700，800，900，1000，

29、（1100），1200，（1300），1400，（1500)，1600，(1700)，1800mm（2）公稱壓力PN 換熱器：1.0，1.6，2.5，4.0，6.4MPa冷凝器：1.0，1.6，2.5，4.0MPa（3）換熱管 換熱管種類：光管和螺紋管 換熱換長度L：3，4.5，6，9m換熱管規(guī)格和排列形式（見表1-10） 表1-10 換熱器規(guī)格和排列形式換熱管外徑壁厚（d）/mm排列形式管間距/mm碳素鋼、低合金鋼不休耐酸鋼192192正三角形25252.525232（4）折流板間距S（見表11）由于JB/T4715-92和JB/T4714-92是在GB150-1998、GB151-1999

30、以及勞動部壓力容器安全技術(shù)檢測規(guī)程頒布之前編寫的，所以在選用該標準系列時應按規(guī)程及GB150、GB151對技術(shù)特性等要求進行補充。 表1-11折流板（支承板）間距L/mDN/mS/m3=700100150200_4.530鹽水015用于低溫冷卻氨蒸汽低于15用于冷凍工業(yè)除低溫及冷凍外，冷卻劑應優(yōu)先選用水。水的初溫由氣候條件決定，關(guān)于水的出口溫度及流速的確定，提出下面幾點供參考：（1）水與被冷卻流體之間一般應有5C35C的溫度差； （2）水出口溫度一般不超過4 0C50C，在此溫度以上溶解于水中的無機鹽將會析出，在壁面上形成污垢。 表3-2 常用的加熱劑加熱劑名稱溫度范圍飽和水蒸汽100即可達到

31、湍流；但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這種液體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，反而能得到更高的給熱系數(shù)。三、流速的選擇換熱器內(nèi)液體速度大小必須通過經(jīng)濟核算進行選擇。因為流速增加，給熱系數(shù)增大，同時亦減少了污垢在管子表面沉積的可能性，降低了垢層的熱阻，從而使傳熱系數(shù)K值提高，所需傳熱面積減小，設(shè)備投資費也減少。但隨著流速的增加，液體阻力也相應增加，動力消耗增大，使操作費增加。因此，選擇適宜的流速是十分重要的，一般應盡可能使管程內(nèi)流體的104(同時也要注意其他方面的合理性）；粘度高的流體常按層流設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗，在表2-12、表2-13中列出了一些工業(yè)上常用流速的范圍，以供參考。 表3-3 列管式換

32、熱器內(nèi)常用的流速范圍液體種類流速/m/s管程殼程一般液體0.530.21.5易結(jié)垢液體10.5氣體530315 表3-4 不同黏度液體的流速（以普通鋼壁為例）液體黏度/mPa.S最大流速/m/s液體黏度/mPa.S最大流速/m/s15000.6100351.515005000.753511.85001001.112.4四、流向的選擇流向的選擇就是決定并流、逆流還是復雜流動。對于無相變傳熱，當冷、熱流體的進、出口溫度一定時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流量，所需傳熱面積較小。就增加傳熱推動力而言，逆流操作總是優(yōu)于并流。但在實際換熱器內(nèi)，純粹的逆流和并流是不多見的。當采用多管程和

33、多殼程時，換熱器內(nèi)流體的流動形式較為復雜。此時需要根據(jù)純逆流平均推動力和修正系數(shù)ip來計算實際推動力，(p的數(shù)值應大于0.8，否則應改變流動方式。第二章、列管式換熱器的設(shè)計計算某煉油廠用柴油將原油預熱。柴油和原油的有關(guān)參數(shù)如下表,兩側(cè)的污垢熱阻均可取1.7210-4m2K/W，換熱器熱損失忽略不計，管程的絕對粗糙度=0.1mm，要求兩側(cè)的阻力損失均不超過0.2105Pa。試設(shè)計一臺適當?shù)牧泄苁綋Q熱器。(y:學號后2位數(shù)字)物料比熱KJ/（kg. ）密度Kg/m導熱系數(shù)W/(m. )黏度Pa . s工作壓力柴油2.487150.1330.6410-3常壓原油2.208150.1283.010-3

34、常壓（1）生產(chǎn)能力和載熱體用量：原油42000+200*1*6=43200kg/h柴油35000+150*1*6=35900kg/h（2）操作條件：原油：入口溫度t1=70，出口溫度t2=110柴油：入口溫度T1=175，出口溫度T2第一節(jié) 換熱面積的估算一、計算熱負荷Q=qm1Cp1(t2-t1)=43200*2.20*(110-70)=3801600 KJ由 qm1Cp1(t2-t1)=qm2Cp2(T1-T2) 得43200*2.20*（110-70）=35900*2.48*（175-T2）T2=132.3 二、計算逆流平均溫差tm逆=（T1-t2）-(T2-t1)T1-t2T2-t1=

35、(175-110)-(132.3-70)175-110132.3-70=63.64 S=t2-t1T1-t1 =110-70175-70=0.381r=T1-T2t2-t1=175-132.3110-70=1.0675r1=（r 2+1）=1.06752+1=1.4627則溫差修正系數(shù)=0.925tm=tm逆=0.925*63.64=58.87 三、確定流體走向由于原油溫度低于柴油，為減少熱損失和充分利用柴油的熱量，選擇原油走殼程，柴走管程。四、估算傳熱面積由化工原理課程設(shè)計查表，取K值=200W/（m2K）。估算傳熱面積為A估=Q/(K*tm逆)= 3801600*1000/(200*58.

36、87*3600)=89.69m2第二節(jié) 換熱器及主要附件的試選一、試選選管型號主要附件的選擇1、接口及法蘭的選型（1）管口A管口A為柴油出口接管管徑的確定：流量為35900kg/h，密度為715kg/m3，相當于q=35900/715/3600=0.0139m3/s。柴油為低粘度流體，在接管中的合理流速u=12m/s。本設(shè)計取u=1m/s。則接管的內(nèi)徑=4qu=4*0. 01393.14*1=0.133 m=133 mm。接管的外徑選擇為159mm，壁厚選擇為4.5mm，材質(zhì)為20鋼，每米管子的重量17.14kg（GB-T17395-1998無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差）。接管長度的選擇

37、：接管的長度L選擇150mm，則重量為2.6kg。接管的標記：接管1594.5L=150接管法蘭的選擇：查大學工程制圖（華東理工大學出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=159mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=150mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標記為：HG20592法蘭PL150(B)-0.6RFQ235-A。重量為5.14kg。該法蘭有8個均布在外周的螺孔，使用8個M16螺栓、螺母、墊片與工藝管道連接。（2）管口B管口B為原油出口。原油的流量為43200kg/h，密度為815kg/m3，所以q=43200/815/3600=0.01472m

38、3/s,原油在接管中的合理流速為1.2m/s，則接管的內(nèi)徑=4qu=4*0. 014723.14*1.2 =0.125 mm=125 m。選擇接管的外徑、壁厚、材質(zhì)、長度和接口法蘭都與管口A的相同。（3）管口C管口C為排氣口。接管管徑的確定：接管的外徑選擇32mm，壁厚選擇為3.5mm，材質(zhì)為20鋼，每米管子的重量2.46kg（GB-T17395-1998無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差）。接管長度的選擇：接管的長度L選擇150mm，則重量為0.369kg。接管的標記：接管323.5L=150接管法蘭的選擇：查大學工程制圖（華東理工大學出版社，2005）表14-5，接管外徑dH=32mm的板

39、式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=25mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標記為：HG20592法蘭PL25(B)-0.6RFQ235-A。該法蘭有4個均布在外周的螺孔，使用4個M10螺栓、螺母、墊片與配套的法蘭蓋裝配。（4）管口D管口D為原油進口。接管、法蘭與管口A和B的完全相同。（5）管口E管口E為排污口接管管徑的確定：接管的外徑選擇57mm，壁厚選擇為3.5mm，材質(zhì)為20鋼，每米管子的重量4.62kg。接管長度的選擇：接管的長度L選擇150mm，則重量為0.693kg。接管的標記：接管573.5L=150接管法蘭的選擇：查大學工程制圖（華東理工大學出版社，

40、2005）表14-5，接管外徑dH=57mm的板式平焊鋼制管法蘭的公稱通徑DN=50mm。選擇公稱壓力PN=0.6MPa的突面法蘭，材料為Q235-A，標記為：HG20592法蘭PL50(B)-0.6RFQ235-A。重量為1.51kg。該法蘭有4個均布在外周的螺孔，使用4個M12螺栓、螺母、墊片與配套的法蘭蓋裝配。（6）管口F管口F為柴油進口接管、法蘭與管口A、B和D的完全相同。2、左管板的選型（1）管板厚度：化工設(shè)備機械基礎(chǔ)(化學工業(yè)出版社，2008)中有表16-8管板厚度表。管板的設(shè)計壓力為管、殼程設(shè)計壓力中的大者。當設(shè)計壓力小于1MPa時，取為1MPa；表中的設(shè)備殼體內(nèi)徑壁厚最接近本課

41、程設(shè)計值的是6008；管、殼程的溫度差=151.66-86=65.66；根據(jù)上述的設(shè)計壓力、殼體內(nèi)徑壁厚以及溫度差，查表得管板的厚度=42mm。管板材料為16Mn（鍛件）。（2）管板形狀：管板同時起到法蘭的作用，密封面為凸面，可以和管箱的法蘭(密封面為凹面)連接。管板直徑與管箱法蘭的相同，為665mm。外周均布24個18螺孔，管板重量約為：(40.6652-1884 0.0252-244 0.0182)0.0427800=82Kg管板的形狀大致如下圖：(3)管板的開孔開孔和管程隔板密封槽分布情況：左管板共有192個安裝換熱管的開孔和8個拉桿安裝孔以及2道管程隔板密封槽（見設(shè)備圖）。安裝換熱管的

42、開孔尺寸：為了便于在管板上焊接換熱管，開孔的孔徑比換熱管的外徑大0.4mm,即25.4mm。開孔形狀見設(shè)備圖。（或者:為了便于在管板上脹接換熱管，開孔的孔徑比換熱管的外徑大0.3mm,即25.3mm。開孔內(nèi)表面有兩道環(huán)向的槽，槽深0.5mm。管板開孔形狀和內(nèi)表面環(huán)向槽的位置、尺寸見下圖：拉桿安裝孔和管程隔板密封槽的尺寸見設(shè)備圖。3、換熱管的選擇：1)選擇20鋼材質(zhì)的無縫鋼管，規(guī)格：252.5。2)換熱管的長度為6000mm。3)換熱管與管板連接采用焊接。(或者:換熱管與管板連接采用脹接。)具體見設(shè)備圖。4、左管箱短節(jié)的選擇：1）左管箱短節(jié)的內(nèi)徑與壁厚：左管箱短節(jié)為圓柱筒體，內(nèi)徑與壁厚選擇與設(shè)備

43、殼體相同。2）左管箱短節(jié)的長度： 左管箱短節(jié)連接A和F管口。選擇左管箱短節(jié)的長度為管口接管公稱直徑的兩倍，即1502=300mm。選擇Q235-A材料制作，單位長度的短節(jié)重110kg/m,總重約為1100.300=33kg。左管箱短節(jié)的標記：筒體DN550=8L=300。3）左管箱短節(jié)的材質(zhì)選擇材質(zhì)選擇與換熱器殼體相同：Q235-A5、左管箱封頭的選擇：選擇公稱直徑為550mm的標準橢圓封頭。壁厚與殼體相同，也是8mm。材質(zhì)也是Q235-A。重量約24kg。標記：EHA5508-Q235-AJB/T4746-2002。6、左管箱隔板的選擇：1）材質(zhì)選擇普通的碳素鋼：Q235-A。2）管箱隔板厚

44、度的選擇：由于管程壓強降較小，用公式計算隔板厚度會小于GB151規(guī)定的隔板最小厚度（換熱器公稱直徑 0.9,說明換熱器采用單殼程，四管程的結(jié)構(gòu)是合適的。tm=tm逆=0.92563.64=58.87。2、求實際換熱面積A實際換熱管數(shù)為n Nt=444=176A實際=L(d0) n = 6(0.025) 444=82.90 m23、選擇換熱器殼體尺寸選擇換熱管為三角形排列，換熱管的中心距t=1.25d0=31.25mm32mm。最外層換熱管中心線距殼體內(nèi)壁距離：b=(1 1.5)d0 殼體內(nèi)徑： 32(15-1)+2*1.25*25=510.5 mm圓整后，換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=600mm，殼體厚度選擇8mm。長度定為5910mm。殼體的標記：筒體 DN550 =8 L=5910。筒體材料選擇為Q235-A，單位長度的筒體重110kg/m,殼體總重為110*(5.910-0.156)= 632.94kg。 （波形膨脹節(jié)的軸向長度為0.156m ）4、確定折流擋板形狀和尺寸選擇折流擋板為有弓形缺口的圓形板，直徑為540mm,厚度為6mm?？诠胃叨葹閳A形板直徑的約1/4，本設(shè)計圓整為120mm。折流擋板上換熱管孔直徑為25.6mm，共有176-22-13/2=147.5個；拉桿管孔直徑為16.6mm，每個折流擋板上有4個。折流擋板上