化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)列管式換熱器設(shè)計

1、化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計2015年秋季列管式換熱器題目： 列管式換熱器 姓名： 學(xué)號： 專業(yè)： 指導(dǎo)老師： 2015年 12月 10日基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程汽油的定性溫度 T=（329+40）/2=184.5管程流體循環(huán)水的定性溫度 T=(25+35)/2=30 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 汽油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 0 =720Kg/m 3 定壓比熱容 Cp0 =2.20KJ/Kg熱導(dǎo)率 0 =0.138W/m黏度 0=0.53610-3Pas循環(huán)冷卻水在30下的物性數(shù)據(jù)密度 =995.7kg/m定壓比熱容Cp=4.174kJ/(

2、kgK)導(dǎo)熱系數(shù) =0.618W/(mK)黏度 =8.01510-4Pas 取水的質(zhì)量流量=20000kg/h 水的定壓比熱容cp2=4.183KJ.kg/k汽油生產(chǎn)量 代入公式：ms1*cp1（T1-T2）=ms2*cp2(t2-t1) 13889*2.2*（329-40）=20000*4.183*（t2-25）求得 t2=130.55 即水的出口溫度。則 tm=（T1-t2）-（T2-t1）/ln(T1-t2)/(T2-t1) =(329-130.55)-（40-25）/ln（329-130.55）/（40-25） =71.10換熱器面積的估算 傳熱面積由公式：Q=kAtm 得 A=Q/k

3、tm 查表知K可取K=300（350左右）A=2452.95*103/(300*71.1) =115m2 換熱管的選擇換熱管的材料有鋼、合金鋼、銅、鋁和石墨等，應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度和介質(zhì)的腐蝕性能選定不同材質(zhì)的管子。目前我國常用的換熱管規(guī)格和尺寸偏差見表3-3。其中最常用的管子規(guī)格有：和兩種。對于潔凈的流體，可選用較小的管徑；對于易結(jié)垢或不潔凈的流體可選擇較大管徑。表3.3常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差材料鋼管外徑厚度I級換熱器II級換熱器外徑偏差厚度偏差外徑偏差厚度偏差碳鋼GB 8136-871.01.5+12% -10%+15%，-10%142192252252.5323383453573.5

4、，-10%不銹鋼GB 2270-80101.5+12%-10%142192252322382.5452.5572.5流體流速的選擇 提高流體在換熱器中的流速，將增大隨流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子便面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增加，所需傳熱面積減少，設(shè)備費用降低。但是流速增加，流體阻力將相應(yīng)加大，操作費用增加。因此，選擇適宜的流速是十分重要的，適宜的流速應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算來確定。一般盡可能使館城內(nèi)流體的Re104(同時也要注意其他方面的合理性），高點度流體長按層流設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗，在表3-4表3-6列出以下工業(yè)上常采用的流體流速范圍，以供參考。 表3-4 列管式換熱器中常用的流速范圍

5、流體的種類流速/(m/s)管程殼程一般液體0.50.30.21.5易結(jié)垢液體10.5氣體530315 表3-5 列管式換熱器中不同粘度液體的最大流速液體粘度/mPas15001500500500100100353511最大流速/(m/s)0.60.751.11.51.82.4 表3-6 列管式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許流速液體名稱乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允許流速/(m/s)1231所以，選用傳熱管，材質(zhì)20號鋼，管長3m取管內(nèi)流速依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)管內(nèi)徑 由公式 F=d均Ln得 n=F/d均L =115/(3.14*0.0225*3) =543（根）

6、由于安排拉桿減少6根，則實際管數(shù)為537根。排列和管間距采用正三角形排列，查本書表7-4可知層數(shù)為13，查表7-5知管間距a=32mm則 可求換熱器的殼體壁厚 Di=a(b-1)+2L =32(27-1)+2*2*25=932mm圓整后取殼體內(nèi)徑Di=1000mm換熱器壁厚壁厚=pc*Di/(2t*-pc 查本書表知 pc=1.0MPa,為計算壓力 =0.85 t=147MPa (本書附錄表6-1)所以 =1.0*1000/（2*147*0.85-1） =4.02mmC2=1.2mm，則C1=0.3mm圓整后n=6mm封頭的選擇選最常用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，此處封頭選DN900*6，

7、高度h1=250mm，直角邊h2=40mm，選材用Q245R,下封頭與裙座焊接，直角高度取40mm。法蘭選擇選材用Q345R，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)DN900，PN1.0MPa密封長頸對焊法蘭。管子拉脫力的校驗在操作壓力下，管子每平方米脹接周邊上受力 由公式 qp=pf/d0L已知 f=0.866a2-/4*d02 =0.866*322-/4*252 =396mmP=0.5MPa，L=50mmqp=0.7*396/3.14*25*50 =0.05MPa公式 qt=t（d02-di2）/4d0L t=E(tt-ts)/（1+At/As）又 As=d中n =3.14*（900+6）*6 =17069（mm2

8、）At=/4*(d02-di2)n =/4*(252-202)*537 =94848(mm2)則 t=11.12*10(-6)*201*103*50/(1+94848/1769) =20.46MPa其中 為膨脹系數(shù)，查本書附錄1知 E為彈性模量，查本書附錄1知。所以 qt=20.46*(252-202)/(4*25*50) =0.9207MPa則q=qp+qt=0.9707q=4說明拉脫力在許用范圍內(nèi)。膨脹節(jié)的選擇應(yīng)用管殼壁溫產(chǎn)生的軸向力 F1=E(tt-ts)AsAt/(As+At) =11.12*10(-6)*201*103*50*17069*94848/(17069+94848) =1.

9、52*106(N)壓力作用于殼體上的軸向力 F2=QAs/(As+At)又Q=/4Di2-nd02)ps+n(d0-2t)2pt =/4(9002-537*252)*0.5+537*(25-2*25)2*0.5 =0.35*106(N)所以 F2=0.35*106*17069/（17069+94848） =0.0534*106(N)作用于管子上的軸向力F3=QAt/(At+As) =0.35*106*94848/(17069+94848) =0.297*106(N)s=(F1+F2)/As =(1.52*106+0.0534*106)/17069 =92.18MPat=(-F1+F3)/At

10、=(-1.52*106+0.297*106)/94848 =-12.89MPa 根據(jù)國標(biāo)比較需要安裝膨脹節(jié)。折流板設(shè)計折流板為弓形 h=3/4Di=3/4*900 =675(mm)折流板間距取600mm，查本書表7-7最小厚度為6mm，查表7-9得者流板外徑為896mm， 材料選Q235-A,拉桿選用12，共6根，材料為20鋼。開孔補(bǔ)強(qiáng) 換熱器殼體和封頭上的接管處需要補(bǔ)強(qiáng)，常用的結(jié)構(gòu)是在開孔外面焊上一塊與容器壁材料和厚度都相同，即6mm厚的Q245R。 10.支座 采用裙座，參照本書選厚度6mm，基礎(chǔ)環(huán)厚度為14mm。經(jīng)濟(jì)核算鋼管的重量=鋼管比重（7.85）*0.25*（外徑平方-內(nèi)徑平方）*L換熱管選擇304不銹鋼管,單價25元M1=7.85（*0.25*（1.252-1.1252）*300*537）=295.08kg所以換熱器經(jīng)費為25*295.08=7377元殼體選擇Q235材質(zhì)的鋼板單價2000元/噸 M2=7.85*（*0.8*（45.82-452）*3