（精選）換熱器設(shè)計(jì)

1、換熱器設(shè)計(jì)：一：確定設(shè)計(jì)方案：1、選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況，熱流體進(jìn)口溫度130C，出口溫度80C；冷流體進(jìn)口溫度40C，出口溫度65C。該換熱器用自來水冷卻柴油，油品壓力0.9MP，考慮到流體溫差較大以及殼程壓強(qiáng)0.9MP，初步確定為浮頭式的列管式換熱器。2、流動空間及流速的確定由于冷卻水容易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)使水走管程，柴油走殼程。從熱交換角度，柴油走殼程可以與空氣進(jìn)行熱交換，增大傳熱強(qiáng)度。選用252.5 mm的10號碳鋼管。二、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度:可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程柴油的定性溫度為T1=130C，T2=80C，t1=40C，t2=65CT=(130+80)/2=

2、105(C)管程水的定性溫度為t=(40+65)/2=52.5(C)已知?dú)こ毯凸艹塘黧w的有關(guān)物性數(shù)據(jù)柴油105C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度 =840 kg/m3 定壓比熱容 Co=2.15 kJ/（kgk）導(dǎo)熱系數(shù) o=0.122 W/(mk)粘度 o=6.710-4 Ns/m2水52.5C的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 =988 kg/m3定壓比熱容 =4.175 kJ/（kgk）導(dǎo)熱系數(shù) =0.65 W/(mk)粘度 i=4.910-4 Ns/m2三、計(jì)算總傳熱系數(shù)1. 熱流量m0=95000(kg/h)Q0= m0Coto=950002.15(130-80)=10212500kJ/h=2836

3、.8(kw)2.平均傳熱溫差=(t1-t2 )/ln(t1/t2)=(130-65)-(80-40)/ln(130-65)/(80-40)=51.5(C)其中t1=T1-t2，t2=T2-t1。3.水用量Wc=Q0/(Citi)=10212500/4.175(65-40)=97844.3kg/h=27.18kg/s平均溫差=2=0.28 選擇臥式冷凝器，冷凝在殼程，為一殼程四管程，查圖可得=0.88。=0.8851.5=45.32C管子規(guī)格，L=3m。管束排列方式：正三角形排列。一殼程四管程三角形管束排列方式。四、傳熱面積初值計(jì)算取總傳熱系數(shù)K=335W/(m2.C)m2 一管子面積 =0.1

4、884m2管子數(shù) 管子中心距 =1.2525=31.25mm，取t=32mm管束直徑 mm中心一行管束 五、管側(cè)傳熱系數(shù)估計(jì)殼體壁溫Tw 假設(shè)冷凝給熱系數(shù)為700W/m.K平均溫差：殼程平均溫度：T=(130+80)/2=105C管程平均溫度：t=(65+40)/2=52.5C則得：Tw =45C平均冷凝溫度C75C時(shí)柴油物性：密度 o=875 kg/m3定壓比熱容 Co=2.03 kJ/（kgk）導(dǎo)熱系數(shù) o=0.123 W/(mk)粘度 o=6.110-4 Ns/m2kg/s.m，與假設(shè)值接近，不需重新假設(shè)冷凝給熱系數(shù)。六、管內(nèi)給熱系數(shù)管截面積 m2管內(nèi)流速 m/s七、傳熱核算取水的污垢熱

5、阻為=3.4410-4 m2.K/W柴油污垢熱阻為=1.7210-4 m2.K/W管壁傳熱系數(shù)為 =45 W/m.K則：，與假定K值相近，試差結(jié)束。八、殼側(cè)壓力降1、折流板計(jì)算DS=Db+16=921+16=937mm取DS=600mm折流板選擇為圓缺度為25%的圓缺型折流板。則圓缺高度為：H=0.25600=150mm取標(biāo)準(zhǔn)圓缺高度為150mm折流板板間距為B=0.3DS=0.3600=180mm取折流板板間距為200mm折流板數(shù)NB=L/B-1=3000/200-1=142、用Kerns法計(jì)算壓降管子橫截面積 m2則殼側(cè)質(zhì)量流速 則 殼側(cè)流體流速 殼體當(dāng)量直徑 雷諾數(shù)查殼側(cè)阻力因子圖得=0

6、.28取，忽略粘度得影響，應(yīng)用進(jìn)口流速，其壓降為式的50%。而則殼壓降5.7kPa，在104105Pa范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。九、管側(cè)壓降計(jì)算雷諾數(shù)查殼側(cè)阻力因子圖得=0.39管壓降在104105Pa范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。十、裕度計(jì)算所需換熱面積 實(shí)際換熱器面積 面積裕度傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠生產(chǎn)任務(wù)。十一：零件的計(jì)算1） 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì)1、壁厚的確定表 1 碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度公稱直徑4007007001000100015001500200020002600浮頭式810121416表 2 殼體、管箱殼體厚度DN,mm材料殼程或管程公稱壓力PN，MPa0.61.01

7、.62.54.06.4厚度，mm600Q235-A/B/C8881016MnR888812161Cr18Ni9Ti55681218由之前的計(jì)算知，殼體和管箱殼體外徑為600mm。選用Q235-A碳素鋼板材制殼體和管箱殼體，在105C時(shí)t=113MPa。下面確定其壁厚。取工作壓力等于設(shè)計(jì)壓力，則pc=0.9MPa，提高到管程設(shè)計(jì)壓力計(jì)算，焊接接頭系數(shù)=0.85。計(jì)算壁厚 設(shè)計(jì)壁厚 由于柴油的腐蝕強(qiáng)度低，取腐蝕裕量C2=1mm。則：此時(shí)負(fù)偏差為C1=0.5mm，則Sd+C1=4.3mm。名義壁厚 ，可取名義壁厚為5mm。而由上表知可取殼體和管箱殼體壁厚為6mm，但是考慮到公稱壓力和材料的選擇，選取

8、殼體和管箱殼體厚度為8mm。其單位長度質(zhì)量為120kg，單位長度的容積為0.283m3。2、封頭：選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭JB/T4737-95受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計(jì)算壁厚為：而對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.00，故表 3 封頭厚度DN,mm材料殼程或管程公稱壓力PN，MPa0.61.01.62.54.06.4厚度，mm600Q235-A/B/C8881016MnR888810161Cr18Ni9Ti55681218表 4 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度ho(mm)封頭材料碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板不銹鋼封頭壁厚4810182039101820直邊高度254050254050由以上殼體和管箱殼體的

9、尺寸結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇的封頭為DN=600mm，材料為Q235-A，封頭厚度為8mm，直邊高度為25mm。2）管板與換熱器管板尺寸管板尺寸如圖1。根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器的規(guī)定，碳鋼、低合金鋼固定管板式換熱器的管板（16Mn鍛件）在PN1MPa、DN=600的管板尺寸見表5。表 5 DN=600管板尺寸表PsMPaPtMPaDD1D2D3D4D5CD2螺柱（栓）hfb規(guī)格數(shù)量0.61.073069065559764260012.523M20243242圖 1 管板尺寸圖（用于殼程PNLa（La按表4-5-5規(guī)定）；b. 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑d14mm的管束且l1d；

10、c. 當(dāng)管板較薄時(shí)，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。這里我們選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。（2）拉桿的尺寸拉桿的長度L按實(shí)際需要確定，拉桿的連接尺寸由圖2和表6確定。圖 2 拉桿連接尺寸表 6 拉桿的尺寸拉桿直徑d拉桿螺紋公稱直徑dnLaLbb101013401.5121215502.0161620602.0（3）拉桿的直徑和數(shù)量由于換熱管外徑為25mm，殼體公稱直徑為600mm，通過查表可選取直徑為16mm的拉桿，其數(shù)量為4。2、拉桿的位置拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板不應(yīng)少于3個(gè)支承點(diǎn)。3、定距管尺寸定距管的尺寸，一般與所在

11、換熱器的換熱管規(guī)格相同。對管程是不銹鋼，殼程是碳鋼或低合金鋼的換熱器，可選用與不銹鋼換熱管外徑相同的碳鋼管作定距管。定距管的長度，按實(shí)際需要確定。6）防短路結(jié)構(gòu)通過之前的計(jì)算和比較后，該換熱器需要安裝旁路擋板或假管。1、旁路擋板結(jié)構(gòu)尺寸安裝在換熱器中的旁路擋板應(yīng)與折流板焊接牢固。旁路擋板的厚度可取與折流板相同的厚度。旁路擋板的數(shù)量推薦如下：公稱直徑DN500mm時(shí)，一對擋板；公稱直徑500DN1000mm時(shí)，兩對擋板；公稱直徑DN1000mm時(shí)，三對擋板。本換熱器公稱直徑為600mm,故采用兩對擋板2、假管假管（也稱擋管）為兩端堵死的換熱管，設(shè)置在分程隔板槽背面的兩管板之間而不穿越管板，假管與

12、換熱管的規(guī)格相同，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。一般應(yīng)每隔34排換熱管設(shè)置一根，但不應(yīng)該設(shè)置在折流板缺口處。假管伸出第一塊及最后一塊折流板或支持板的長度應(yīng)不大于50mm。假管的設(shè)置是為了減少死區(qū)。本換熱器采用20根假管。冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：圖 3 閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用軟水閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，因?yàn)檫@對防腐、減輕結(jié)垢，從而提高換熱裝置和設(shè)備的運(yùn)行效率與使用壽命均有明顯效果；循環(huán)水在管中流動，管外通常用風(fēng)散熱。除換熱設(shè)備的物料泄漏外，沒有其他因素改變循環(huán)水的水質(zhì)。為了防止在換熱設(shè)備中造成鹽垢，有時(shí)冷卻水需要軟化。閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的關(guān)健設(shè)備是節(jié)能型水膜式空冷器，節(jié)能型水

13、膜式空冷器是一種將水冷與空冷、傳熱與傳質(zhì)過程融為一體的新型高效節(jié)能冷卻設(shè)備。1 節(jié)能型水膜式空冷器的結(jié)構(gòu)（1）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)筒、百葉窗等組成。風(fēng)機(jī)風(fēng)量要滿足換熱熱負(fù)荷所需的風(fēng)量和風(fēng)穿越管束所需的壓頭。一臺空冷器設(shè)立多臺風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)可通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，或改變風(fēng)機(jī)葉片角度，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)筒為流線型，減少風(fēng)機(jī)動能減少。（2）換熱管系統(tǒng)閉式循環(huán)的軟水在此換熱，由換熱管組成管束，滿足換熱所需要的換熱面積。換熱管材質(zhì)采用銅管、不銹鋼管、熱浸鋅鋼管，防腐性能好，壽命長。換熱管采用圓管、橢圓管、波螺管，傳熱效率高。為了檢修方便，管箱蓋板設(shè)計(jì)成可卸蓋板式。換熱管束為列管布置，阻力降小，一

14、般低于0.03Mpa。管箱、蓋板、支撐板、聯(lián)結(jié)件都經(jīng)過浸鋅、鍍鋅或其它防腐處理。（3）噴淋系統(tǒng)包括水箱、噴淋水泵、噴淋水布水器和除沫器。噴淋水量要滿足換熱蒸發(fā)和潤濕包裹換熱管所需的量。一般為冷卻水量的1/3-1/5，根據(jù)前邊的計(jì)算值，本次設(shè)計(jì)冷水量為59kg/s。噴淋水布水器主要構(gòu)件為噴嘴，要保證噴水均勻而不堵。噴淋水有一部分蒸發(fā)，大部分回落到設(shè)備底部的水箱中，由噴淋水泵抽取，循環(huán)使用。對于多臺空冷器，可將水箱合并，統(tǒng)一成一個(gè)水池，便于噴淋水的過濾和加藥處理。離開換熱管的空氣會攜帶少量水滴，為此設(shè)立除沫器，飄水率0.05%。（4）支撐系統(tǒng)支撐以上三系統(tǒng)的構(gòu)架等。其銅結(jié)構(gòu)都經(jīng)過浸鋅、鍍鋅或其它防腐處理。2設(shè)計(jì)選型節(jié)能型水膜式空冷器的型號為WL，寬度一般為3m，長度有9m、6m、3m，換熱面積需經(jīng)復(fù)雜的工藝計(jì)算后確定。冷卻溫差可在210之間，每臺處理水量可達(dá)200 m3/h600 m3/h，并且可根據(jù)用戶場地的大小進(jìn)行靈活的布置。3布置設(shè)計(jì)（1）設(shè)備及管道布置多臺設(shè)備并聯(lián)布置，主管操作。設(shè)備布置在廠房頂部，進(jìn)風(fēng)通暢；下部作為泵房、加藥間、控制室、配電室等；布置緊溱，