列管式換熱器課程設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔大學(xué)化工原理列管式換熱器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)院：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名： 指導(dǎo)教師： 時(shí)間：年 月 日文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 二、確定設(shè)計(jì)方案31.選擇換熱器的類(lèi)型2.管程安排 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 三、確定物性數(shù)據(jù)4 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 四、估

2、算傳熱面積5.熱流量3.傳熱面積.平均傳熱溫差4.冷卻水用量 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸6.管徑和管內(nèi)流速5.殼體內(nèi)徑.管程數(shù)和傳熱管數(shù)6.折流擋板7.傳熱溫差校平均正及殼程數(shù)7.其他附件.傳熱管排列和分程方法8.接管六、換熱器核算8.熱流量核算3.換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力.壁溫計(jì)算10 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 七、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13.浮頭管板及鉤圈法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.外頭蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭設(shè)計(jì)7.墊片選擇.管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8.鞍座選用及安裝位置確定.固定端管

3、板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.折流板布置.外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭設(shè)計(jì)1410.說(shuō)明 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 八、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算15.筒體壁厚計(jì)算6.固定管板計(jì)算18.外頭蓋短節(jié)、封頭厚度計(jì)算7.浮頭管板及鉤圈19.管箱短節(jié)、封頭厚度計(jì)算168.無(wú)折邊球封頭計(jì)算.管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核179.浮頭法蘭計(jì)算20.殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核九、參考文獻(xiàn)20文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)某生產(chǎn)過(guò)程的流程如圖3-20所示。反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流換熱后， 用循環(huán)冷卻水將其從110。進(jìn)一步冷卻至60之后，進(jìn)入

4、吸收塔吸收其中的可溶 性組分。已知混合氣體的流量為231801 kg/h，壓力為6.9MPa，循環(huán)冷卻水的 壓力為0.4MPa，循環(huán)水的入口溫度為29,出口的溫度為39,試設(shè)計(jì)一列 管式換熱器，完成生產(chǎn)任務(wù)。已知：混合氣體在85。下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）密度p = 90 kg/m 3定壓比熱容c 1 = 3.297kJ/kg. 熱導(dǎo)率為廠(chǎng)0.0279 wm粘度目=1.5 X10-5 Pa.s 1循環(huán)水在34。下的物性數(shù)據(jù)：密度p = 994.3kg/m3i定壓比熱容c 1 = 4.174 kJ/kg. K熱導(dǎo)率為= 0.624 w，mK粘度、= 0.742X10-3 Pa.s

5、文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔二、確定設(shè)計(jì)方案.選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度110出口溫度60；冷流體進(jìn)口溫度 29,出口溫度為39,該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì) 降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步 確定選用浮頭式換熱器。.管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循 環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下 降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔三、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出

6、口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為T(mén)二110 T二110 + 602=85 管程流體的定性溫度為39+29t= 34 2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)。對(duì)混合氣體來(lái)說(shuō)，最可靠的無(wú)形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合無(wú)辜組分的有關(guān) 物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù)?；旌蜌怏w在85下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度P = 90kg / m 3定壓比熱容c i=3.297kj/kg-r熱導(dǎo)率 1=0.0279w/m-粘度h =1.5 x 10-5Pa*s循環(huán)水在34 下的物性數(shù)據(jù)：密度p =994.3 kg/ma定壓比熱容c

7、 =4.174kj/kgKp1熱導(dǎo)率=0.624w/mK粘度h =0.742x10-3Pas1文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔四、估算傳熱面積.熱流量Q1= m c A t=231801 義 3.297X(110-60)=3.82 義 107kj/h =10614.554kw.平均傳熱溫差(110 39) (110 39) - (60 29)=48.3 K 110 - 39ln60 - 29.傳熱面積由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=320W/(m? k)則估算的傳熱面 積為10614554=686.76m 2320 x 48.3106145544.冷卻水用量106145544.冷卻水用

8、量4.174x103 x10=254.3kg / s = 9154862kg / h文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸.管徑和管內(nèi)流速 選用25X2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u(mài)1=1-3m/s.管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)VNs=九 1一 d 2 u915486.2/(3600 x 994.3) x 6270.785 x 0.022 x VNs=九 1一 d 2 u915486.2/(3600 x 994.3) x 6270.785 x 0.022 x 1.34 i按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng)= -A- 九d n686.763.14 x 0.02

9、5 x 627按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m,則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管總根數(shù)Np= L =14 = 2l 7Nt=627X 2=1254.傳熱溫差校平均正及殼程數(shù) 平均溫差校正系數(shù)：T, -Tt - t11060 小-539 29P二39 29二 0.124Tt110 - 29按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查【化學(xué)工業(yè)出版社化工原理（第三版）上冊(cè):圖5-19 得： = 0.96平均傳熱溫差A(yù)tm - e心t塑-0.96 x 48.3 - 46.4 k由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。.傳熱管排

10、列和分程方法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。見(jiàn)【化學(xué)工業(yè)出 版社化工原理（第三版）上冊(cè)】：圖6-13。取管心距 t=1.25d0，貝U t=1.25X25=31.2532 mm隔板中心到離其最.近一排管中心距離：S=t/2+6=32/2+6=22 m各程相鄰管的管心距為44 m管數(shù)的分程方法，每程各有傳熱管627根，其前后管程中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按【化文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔學(xué)工業(yè)出版社化工原理（第三版）上冊(cè)】：圖6-8選取。5.殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行殼體內(nèi)徑估算。取管板利用率n=0.75，則殼體內(nèi)徑 為：D=1.05t、耳開(kāi)=1.05 x 32 h

11、f + 2C + d + hj h2 = 320 + 2 x100 + 377 + 350 + 50 = 1297mm取管箱長(zhǎng)為1300mm，管道分程隔板厚度取14mm，管箱結(jié)構(gòu)如化工單元過(guò)程及設(shè)備 課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-50（a）所示。4、固定端管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：依據(jù)選定的管箱法蘭，管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，確定固定端管板最大外徑為： D=1506mm；結(jié)構(gòu)如化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-50（b）文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔所示。5、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭設(shè)計(jì)：依工藝條件，殼側(cè)壓力、溫度及公稱(chēng)直徑DN=1500mm；按JB4703-93長(zhǎng)頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取并確定尺寸

12、。6、外頭蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：外頭蓋結(jié)構(gòu)如化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-51所 示。軸向尺寸由浮動(dòng)管板、鉤圈法蘭及鉤圈強(qiáng)度計(jì)算確定厚度后決定，見(jiàn)化工單元過(guò)程及 設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-51。7、墊片選擇：a.管箱墊片：根據(jù)管程操作條件（循環(huán)水壓力0.4Mpa，溫度34（）選石棉橡膠墊。結(jié)構(gòu)尺寸如化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-39（b）所示：D = 1508mm; d = 1400mm.b.外頭蓋墊片：根據(jù)殼程操作條件（混合氣體，壓力6.9Mpa，溫度85（），選纏繞式墊片， 墊片：1609mmx 1500mm（JB4705-92）纏

13、繞式墊片。c.浮頭墊片：根據(jù)管殼程壓差，混合氣體溫度確定墊片為金屬包石棉墊，以浮動(dòng)管板結(jié)構(gòu)確定墊片結(jié)構(gòu)尺寸為1390mmx1358mm ；厚度為3mm;JB4706-92金屬 包墊片。8、鞍座選用及安裝位置確定：鞍座選用 JB/T4712-92 鞍座 BI1400-F/S；安裝尺寸如化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-44所示其中：L = 6700，LB = 0.6L = 0.6x 6700 = 4020mm取：L = 4000mm， L, L = 1350mm9、折流板布置：折流板尺寸：外徑：D = DN 8 = 1400 8 = 1392mm ；厚度取 8mm前端折流板

14、距管板的距離至少為850mm；結(jié)構(gòu)調(diào)整為900mm；見(jiàn)化工單元過(guò)程 及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-50（c）后端折流板距浮動(dòng)管板的距離至少為950mm；實(shí)際折流板間距B=450mm，計(jì)算折流板數(shù)為12塊。10、說(shuō)明：在設(shè)計(jì)中由于給定壓力等數(shù)及公稱(chēng)直徑超出JB4730-92,長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)范圍， 對(duì)殼體及外頭蓋法蘭無(wú)法直接選取標(biāo)準(zhǔn)值，只能進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔八、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算L筒體壁厚計(jì)算：由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度85/，設(shè)計(jì)壓力等于工作壓力為6.9Mpa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，查得材料85心時(shí)許用應(yīng)力I = 163Mpa ；過(guò)程設(shè)備設(shè) 計(jì)（第二版）化

15、學(xué)工業(yè)出版社。取焊縫系數(shù)。=0.85,腐蝕裕度C2=1mm；對(duì)16MnR鋼板的負(fù)偏差%=0根據(jù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)（第二版）化學(xué)工業(yè)出版社：公式（4-13）內(nèi)壓圓筒計(jì)算厚度公 式：計(jì)算厚度:設(shè)計(jì)厚度:名義厚度:有效厚度:PD8 =w從而:8 :6計(jì)算厚度:設(shè)計(jì)厚度:名義厚度:有效厚度:PD8 =w從而:8 :6.9X1400，35.75mm2 x163 x 0.85 一 6.98 =8+ C = 35.75 +1 = 36.75 mm8 =8 + C = 36.75mm 圓整取 8 = 38mm8 =8 C 一C = 37mm水壓試驗(yàn)壓力：P = 1.25P2伴=1.25 x 6,9 X1 = 8.6

16、25Mpa所選材料的屈服應(yīng)力。s = 325Mpa水式實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核：0 = tP (D 水式實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核：0 = tP (D +8) 8.625(1400 + 37)手ie28e2義37=167.5Mpa167.5Mp A = 705.6mn 2該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。5、殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核：開(kāi)孔校核采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法。選取20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?25 x12鋼管許用應(yīng)力:b = 鋼管許用應(yīng)力:b = 137MpaC2 =1mmPD2bR；PD2bR；P6.9 x 325= 7.98mm2 x 137 x 1 + 6.9接管有效壁厚:Set=S C1 C2 = 12-1-12 x

17、0.15 = Set開(kāi)孔直徑:d = d + 2C = 325 2 x 12 + 2 x(1 +12 x 0.15)= 306.6mn i文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔接管有效補(bǔ)強(qiáng)厚度：B=2d=2 x 306.6=613.2mm接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：h = ds = V 306.6 x12 = 60.7mm 1 nt需要補(bǔ)強(qiáng)面積：A=d- 5 =306.6x 35.75=10960.95mm 2可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為：A =(B-d)(5 -5) =(613.2 306.6)x(37 35.75)= 383.25mm2 1eA = 2h(S -St)f = 2x60.7x(9.2 7.98)x 137/

18、170 = 119.4mm221 etr尚需另加補(bǔ)強(qiáng)的面積為：A4 A - A - A? = 10960.95 - 383.25-119.4 = 10458.3nn 2補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：A4A4-B d010458.3613.2 32536.3mm實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體等厚：Sk = 38mm ；則另行補(bǔ)強(qiáng)面積:A = S (B-d ) = 38x(613.2 325)= 10951.6mm2 4 K 0A + A + A = 383.25 +119.4 +10951.6 = 11454.25mm2 A = 10960.95im 2 124同時(shí)計(jì)算焊縫面積A 3后，該開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度的足夠。6、固定管板計(jì)算

19、：固定管板厚度設(shè)計(jì)采用BS法。假設(shè)管板厚度b=100mm?？倱Q熱管數(shù)量n=1254；一根管壁金屬橫截面積為：兀/、兀/、a = 一（d2 - d2）= 一 x（252 - 202）= 176.6mm24 0 i 4開(kāi)孔溫度削弱系數(shù)（雙程）：R = 0.5兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度（除掉兩管板厚）L取6850mm 計(jì)算系數(shù)K：K2 = 1破京=14.85=1.32 x 幽 x；： K2 = 1破京=14.85100 1 0.5 x 6850 x100K=3.855接管板筒支考慮，依K值查化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)出版社：圖4-45, 圖 4-46，圖 4-47 得：G1 = 2.9, G2

20、= -0.65, G3 = 2.8文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔管板最大應(yīng)力:(P P) G-s12九(P P) G-s13(P P) G-s12九(P P) G-s13九1 X 0.2331 X 0.2336.41 6.41(6.9 0.4)x( 0.65)0.607(6.9 0.4) x 2.80.607筒體內(nèi)徑截面積：A = D2 =-x 14002 = 1538600mm24 i 4管板上管孔所占的總截面積： n 11254,C = d2 =x 252 = 615555.8mm2404系數(shù)入=A-CA1538600 615555.81538600系數(shù)b =n a _1254 X176.6A-C-

21、1538600 - 615555.8氏 0.24殼程壓力:P = 6.9Mp管程壓力:=57.4Mpa=101.2MpaPl = 0.4Mp當(dāng)量壓差：P = P -P(1 + p ) = 6.9-0.4x(1 + 0.24) = 6.404Mp a s la管板采用16Mn鍛： ! = 150Mpa換熱管采用10號(hào)碳系鋼：= 112Mpa管板管子程度校核：o = 219.6Mp 1.5口= 1.5 x 150 = 225Mpot =-101.2Mp 口 = 112Mp管板計(jì)算厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。考慮管板雙面腐蝕取C2 = 4mm，隔板槽深取4mm，實(shí)際 管板厚為108mm。7、浮頭管板及鉤圈：浮頭式換熱器浮頭管板的厚度不是由強(qiáng)度決定的，按結(jié)構(gòu)取80mm；鉤圈采用B型。材料與浮頭管板相同，設(shè)計(jì)厚度按浮頭管板厚加16mm，定為96mm。8、無(wú)折邊球封頭計(jì)算：文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔封頭上面無(wú)折邊球形封頭的計(jì)算接外壓球殼計(jì)算，依照 GB151-89方法計(jì)算。選用16MnR析，封頭R = 1100mm，封頭外側(cè)85C 氣體，內(nèi)側(cè)為34C 循環(huán)水，取壁溫45。5 imm，鋼板主偏差q= 1.2mm ；n當(dāng)量厚度：假設(shè)名義厚度S = 50mm mm，鋼板主偏差q= 1.2mm ；n當(dāng)量厚度：S = S -C = 50-3-1.2 = 45.8mm，封頭外半徑: