1、蘇州科技學(xué)院化學(xué)生物與材料工程學(xué)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(xué)號:指導(dǎo)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(dá)到讓學(xué)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(dāng)?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(yù)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1.72×10-4m2·K/W,換熱器熱損失忽略不計,管程的**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(dāng)?shù)牧泄苁綋Q熱器。(y:學(xué)號后2位數(shù)字) 物料 比 熱 kJ/(kg·) 密 度 kg/m3 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m·) 粘度 Pa·s 工作壓力柴油 2.48 715 0.133 0.64×10-3 常壓原油 2.20 815 0.128 3.0×10-3 常壓(1) 生產(chǎn)能力和載熱體用量:原油 +200*1(2)*y kg/h柴油 +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)
3、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) 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(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)型號的換熱器,為什么? (2)為什么在化工廠使用列管式換熱*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(jìn)出口溫度是按什么原則確定的? (6)說明常用換熱管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)
4、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)參考文獻(xiàn)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**章 文獻(xiàn)綜述**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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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
5、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**節(jié) 換熱面積的估算一、計算熱負(fù)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(qiáng)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(xiàn)**章?文獻(xiàn)綜述 **節(jié)?概述一、換熱器的概念?換熱器(英語翻譯:heat?exchanger),是將熱流體的部分熱量給冷流體,使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)的熱量交換設(shè)備,又
6、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*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(dāng)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
7、)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(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時,不會產(chǎn)生溫差應(yīng)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*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
8、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(yīng)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(fù)雜,用材量大,造價高;浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴(yán),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-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(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較浮頭式換
9、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(jìn)行清洗,維修方便。其缺點是填料函乃嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)?“鋼制管殼式(即列管式)換熱器”?(GB?151)執(zhí)行。按該標(biāo)準(zhǔn),換熱器的公稱直徑做如下規(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(zhǔn),扣
10、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(biāo)準(zhǔn)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(xì)分類及代號見文獻(xiàn)3,5。該標(biāo)準(zhǔn)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
11、 1**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?jǐn)?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Pt?4、公稱換熱面積()?5、當(dāng)采用Al, Cu, T
12、i?換熱管時,應(yīng)在LN/d?后面加材料瓊等號,如LN/D?Cu?LN?-?-?-公稱長度?m?d?-?-?-換熱管外經(jīng)?mm?6、管/殼程數(shù)。單殼程時只寫Nt?7、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)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(fù)荷(不考慮熱損失),由熱量
14、守恒可計算柴油出口溫度T2?2、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25×2.5mm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
15、)?根據(jù)R,S的值,查化工原理教材中圖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=n?×Nt=?A實際=L×(×d0)?×?n?×Nt?7、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*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 (
16、 nc 1 ) + 2b圓整后,換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=550mm,殼體體的標(biāo)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)?10、傳熱系數(shù)K的計算?11、壓強(qiáng)降的計算?厚度選擇8mm。長度定為5996mm。殼五:列管式換熱器應(yīng)滿足的基本要求?(1)合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工
17、藝條件?傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)(溫度、壓力、流量、相態(tài)等)與物理化學(xué)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(yīng)根據(jù)這些條件進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計算,經(jīng)過反復(fù)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(yīng)力。在允許的條件時,可提高熱流體的進(jìn)口溫度或降低冷流體的進(jìn)口溫度。妥善布置傳熱面。例如在管殼式換熱器中
18、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(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時,應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。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。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝拆,在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨
19、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(jì)合理?評價換熱器的*終指標(biāo)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*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(biāo)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*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(jìn)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(bǔ)償,因此存在一*適宜的運行周期。嚴(yán)格
20、地講,如果孤立地僅從換熱器本身來進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算以確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠**的,應(yīng)以整個系統(tǒng)中全部設(shè)備為對象進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大,當(dāng)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(yīng)避免緊鄰,以免引起較大的溫差應(yīng)力。管程分程的方案參見圖1.從制造、安裝、
21、操作的角度考慮,偶數(shù)管程有更多的方便之處,因此用得*多。但程數(shù)不宜太多,否則隔板本身占去相當(dāng)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*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(jìn)出口位置不同。G型殼體又稱為分流殼體。當(dāng)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(qiáng)混合的作用。H型和G型相似,只是進(jìn)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 換熱器
22、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(yīng)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(jī)械清洗困難,設(shè)計時可根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用25×2.5和19×2兩種規(guī)格,對一般流體是適應(yīng)的。此外,還有57×2.5的無縫鋼管和25×2的
23、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)所需傳熱面積,求得管子長度。實際所取管長應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)與管徑相適應(yīng),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*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(jī)械清洗。
24、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)雖然較正三角形排列得少,傳熱系數(shù)也較低,但便于管外表面進(jìn)行機(jī)械清洗。當(dāng)管子外表面需用機(jī)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(qiáng)度、清洗管子外表面時所需的空隙,管子在管板上的固定方法等。當(dāng)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(dāng)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
26、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,為增大殼程流體的流速,加強(qiáng)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。
27、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*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,允許的折流板*小間距為殼體內(nèi)徑的20%或50?mm?(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(qiáng)烈擾動,傳熱效果好,一般無相變傳熱均采用這種排列方
28、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(dāng)工藝上無安裝折流板的要求時,則應(yīng)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%45%。支承?板的*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*大無支撐跨距(見表2-5)。 表2-5 *大無支撐跨距/mm換熱器外徑/d*大無支撐跨距 100 500 900 200 500 800 200 五、旁路擋板和防沖擋板
29、 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;500mm 31、取。值得一提的是,在選取標(biāo)準(zhǔn)換熱器時,需注意接管的尺寸應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)系列JB/T?4715-92標(biāo)準(zhǔn)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:400,450,500,600,700,800,900,100 32、0,(1100),1200,(1300),1400,(1500),1600,(1700),1800mm?(2)公稱壓力PN?0.25,0.60,1.00,1.60,2.50,4.00,6.40MPa?(3)換熱管長度L?1500,2000,3000,4500,6000,9000mm?(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 33、鋼不休耐酸鋼25×2.525×2正三角形3219×219×225(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<=___<=6000_____1 34、_、浮頭式列管換熱器?浮頭式列管換熱器標(biāo)準(zhǔn)系列JB/T?4714-92中的主要參數(shù)為:?公稱直徑DN?導(dǎo)流筒換熱器? ?鋼管制圓筒:325,426mm? 卷制圓筒:400,500,600,700,800,900,1000,(11 35、00),1200,(1300),1400,(1500),1600,(1700),1800mm? ?外導(dǎo)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,(1100),1200,( 36、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 37、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19×219×2正三角形2525×2.525×232(4)折流板間距S(見表11)由于JB/T?4715-92和JB/T?4714-92是在GB?150-1998、GB?151-1999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(biāo)準(zhǔn)系列時應(yīng)按規(guī)程及GB?150、GB?151對技術(shù)特性等要求進(jìn)行補(bǔ)充。 表1-11折流板(支承板)間距L/mDN/mS/m3<= 38、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(yīng)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, 39、提出下面幾點供參考:?(1)水與被冷卻流體之間一般應(yīng)有5°C35?°C的溫度差; (2)水出口溫度一般不超過4 0°C50?°C,在此溫度以上溶解于水中的無機(jī)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(dá)到湍流;但這不是**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(jì)核算進(jìn)行選擇。因為流速增加,給熱系數(shù)增大 41、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(yīng)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(yīng)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>1>0.5氣體5303 42、15 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*大流速/m/s液體黏度/mPa.S*大流速/m/s>.....1<12.4四、流向的選擇流向的選擇就是決定并流、逆流還是復(fù)雜流動。對于無相變傳熱,當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)、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(dāng)采用多管程和多殼程時,換熱器內(nèi)流體的流動形式較為復(fù)雜。此時需要根據(jù)純逆流平均推 43、動力和修正系數(shù)ip來計算實際推動力,(p的數(shù)值應(yīng)大于0.8,否則應(yīng)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(yù)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1.72×10-4m2·K/W,換熱器熱損失忽略不計,管程的**粗糙度=0.1mm,要求兩側(cè)的阻力損失均不超過0.2×105Pa。試設(shè)計一臺適當(dāng)?shù)牧泄苁綋Q熱器。(y:學(xué)號后2位數(shù)字)?物料比熱KJ/(kg. )密度Kg/m2導(dǎo)熱系數(shù)W/(m. )黏度Pa . s工作壓力柴油2..1330.64×10-3常壓原油2.20 44、8150.1283.0×10-3常壓(1)生產(chǎn)能力和載熱體用量:?原油??+200*1*6=?kg/h?柴油??+150*1*6=?kg/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**節(jié) 換熱面積的估算一、計算熱負(fù)荷Q=qm1Cp1(t2-t1)=*2.20*(110-70)= KJ由 qm1Cp1(t2-t1)=qm2Cp2(T1-T2) 得*2.20*(110-70)=*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=(175-110)-(132.3-70)175-.3-70=63.64 S=t2-t1T1-t1 =1 46、10--70=0.381r=T1-T2t2-t1=175-132.3110-70=1.0675r1=(r 2+1)=1.+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/(m2·K)。估算傳熱面積為?A估=Q/(K*tm逆)= *1000/(200*58.87*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 47、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kg/h,密度為715?kg/m3,相當(dāng)于q=?/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. .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. 48、14kg(GB-T?-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2.6kg。接管的標(biāo)記:接管?159×4.5?L=150?接管法蘭的選擇:?查大學(xué)工程制圖(華東理工大學(xué)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 49、Q235-A,標(biāo)記為:HG?法蘭?PL?150(B)-0.6?RF?Q235-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kg/h,密度為815?kg/m3,所以q=/815/3600=0.m3/s,原油在接管中的合理流速為1.2m/s,則接管的 50、內(nèi)徑=4qu=4*0. .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-T?-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(biāo)記:接管?32& 51、#215;3.5?L=150?接管法蘭的選擇:?查大學(xué)工程制圖(華東理工大學(xué)出版社,2005)表14-5,接管外徑dH=32mm的板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(biāo)記為:HG?法蘭?PL?25(B)-0.6?RF?Q235-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 52、配。(4)管口D?管口D?為原油進(jìn)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(biāo)記:接管?57×3.5?L=150?接管法蘭的選擇:?查大學(xué)工程制圖(華東理工大學(xué)出版社,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(biāo)記為:HG?法蘭?PL?50(B)-0.6?RF?Q235-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 54、管口F為柴油進(jìn)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(jī)械基礎(chǔ)(化學(xué)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(dāng)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*接近本課程設(shè)計值的是600×8;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 55、:?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:(4×0.6652-188×4 ×0.0252-24×4 ×0.0182)×0.042×7800=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)。安裝換熱管的開孔尺寸:?為了便于 56、在管板上焊接換熱管,開孔的孔徑比換熱管的外徑大0.4?mm,即25.4?mm。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0.3?mm,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:25×2.5。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 57、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150×2=300mm。選擇Q235-A材料制作,單位長度的短節(jié)重110kg/m,總重約為110×0.300=33kg。左管箱短節(jié)的標(biāo)記:筒體?DN550?=8?L=300。3)左管箱短節(jié)的材質(zhì)選 58、擇?材質(zhì)選擇與換熱器殼體相同:Q235-A?5、左管箱封頭的選擇:選擇公稱直徑為550mm的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)記:EHA?550×8-Q235-A?JB/T?4746-2002。6、左管箱隔板的選擇:?1)材質(zhì)選擇普通的碳素鋼:Q235-A。2)管箱隔板厚度的選擇:?由于管程壓強(qiáng)降較小,用公式計算隔板厚度會小于GB151規(guī)定的隔板*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=0.925×63.64=58.87。2、求實際換熱面積A實際換熱管數(shù)為n ×Nt=44×4=176A實際=L×(×d0) ×n = 6×(×0.025) ×44×4=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。*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 部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò),僅用于學(xué)習(xí)分享,如發(fā)現(xiàn)有侵權(quán),請及時聯(lián)系刪除,謝謝。