行业资料40t600换热器设计20363.doc

列管式换热器的设计一、设计任务拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下20的苯加热到80，苯的质量流量为40吨小时，试设计一列管式换热器。（已知仓库中现有25×，长6m的碳钢钢管）二、设计步骤（一）、确定苯（下标2表示）的定性温度，苯及水蒸汽的物性数据1、苯的定性温度和物性数据进口温度 t120 ， 出口温度 t280定性温度 物性数据 879 kg/m3 （20的数值，基础化工P335） CP21.813 kJ/kg·K2×10-4 N·S/m22=×10-4 kW/m·K2、水蒸汽（下标1表示）的物性数据定性温度蒸汽压力200Kpa下的沸点为Ts物性数据1.1273 kg/m32206.4 kJ/kg同温度下的水的物性943.1 kg/m30.6856 W/m·×10-5 Pa·S(二)、换热器的类型及流体走向根据已知条件，拟采用固定板式换热器。、此类换热器结构简单紧凑，造价低廉。、饱和水蒸气的值与流速关系较小，而且水蒸汽较清洁走壳程，有利于排出冷凝液，故水蒸汽走壳层，苯走管程。、水蒸汽走壳层，同时流体压力不大，壳壁、管壁温差较小（水蒸汽的值很大使壳管温度比较接近），不需要进行热补偿，故选用卧式固定板式换热器，因水蒸汽给热系数较大，不需要加折流挡板。（三）、工艺计算、热负荷即传热速率Q（单位时间内传递的热量） kW2、平均温度差由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把两流体的平均温度差看作是逆流来计算3、初选K值，并估算传热面积A初根据条件K值的选择范围在5801160 W/m2·故K初630 W/m2· m2选用安全系数A初A×29.4933.91 m2（四）、换热器尺寸的初步确定1、确定管程结构尺寸（1）管子规格库存25×，L的光滑碳钢钢管取管内苯的流速为u2=0.55 m/s 苯系易燃易爆物，一般流速低于1 m/s（2）初步设计总管数 圆整为144根n”=169根三角排列管数，3a2+3a+1，此处a7；（3）校核流速、确定管程 m/s管程 ，取2管程（4）管间距及排列方式管间距t（1.251.3）d00×0.025采用紧凑的三角型排列， 层数a7，弓形不排管，共169根管子（NT169）最外层六角形对角线上管数 NTb2a+115根 采用胀管法排列（因流体压力不变，胀管法制造方便）2、壳程设计数据壳体内径 Dt（NTb1）+ 2 bt 管间距NTb 最外层六角形对角线上管数b 六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取b（11.5）d0此处取b0×0.025故 Dt（NTb1）+ 2 b×（151）2×0.0325壳体内径标准圆整到600×10mm，内径D580mm中心拉杆n38根 直径12mm 基础化学工程双管程隔板少排NTb15根，共少排15823根管子实际管数nNTNTbn316923146根，每程73根排列管实际流速 m/s与初假设苯的流速u2=/s相近，可行。3、换热器长径比 符合要求（）（五）、校核计算1、校核总传热系数K值（1）管内对流传热系数2 W/m2·（2）管外对流传热系数1式中：n为水平管束垂直列上的管数，n7；假设管外壁温TW，则3 W/m2·（3）污垢热阻及管壁热阻苯侧污垢热阻RS2×10-4 m2·/ W水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，因为属于蒸汽冷凝方式，污垢热阻相对比较小碳钢钢管的导热系数45 W/m2·（4）校核K值以外表面计算：0.00162 m2·/ W K=616.5 W/m2·与原假设值K初630 W/m2·接近(<5%)，可行。2、校核壁温TW 与与原假设值TW接近，可行。3、校核传热面积A由于水蒸汽侧的冷凝温度Ts不变，因此本一壳程双管程换热器内的两流体平均温度差与逆流传热的平均温度差相等。tm实际所需面积2实际提供面积34.383 m2余度 <20% 符合要求（六）、进出口管径1、 苯进出口取进口流速u01m/s进口直径=/s选用无缝热轧钢管（YB231-64）132×4mm，长200mm。2、水蒸汽进口管径（壳体）蒸汽用量 （富裕量3） 0.564 kg/s蒸汽体积流量VG×0.9030.510 m3/s取蒸汽流速u20 m/s180mm选用无缝热轧钢管（YB231-64）194×6mm，长200mm。3、冷凝水排出口选用水煤气管 即×，长100mm。（七）、校核流体压力降1、管程总压力降每程直管压力降 每程局部阻力引起的压降 d 管内径; l 管长 壳程数，1； 一壳程的管程数，2；取，查图（化工原理上册P43图128）可知（801.76400.88）××1×22 36×104Pa故符合要求2、 壳程压力降壳程是饱和水蒸汽冷凝，不必校核其压力降。（八）、换热器尺寸及附属部件1、 管间距： t2、 壳体直径：600×10mm，内径D580mm3、 壳体材料：采用碳素钢材料A3F，钢板卷焊4、 管子尺寸：25×，L，n146根，双管程5、 布管图 见图纸22。6、 管板：（1）管板材料：选用碳素钢A4。（2）管子在管板上的固定方法：焊接（3）管板尺寸： Pg16kgf/cm2 （4）管板与分程隔板的连接: 采用单层隔板，隔板材料与封头材料一致，厚度s10mm。（5）管板与壳体的连接：采用法兰连接，拆开顶板可检修或清理管内污垢，法兰尺寸见图463及表427。7、 封头与管箱封头与管箱位于壳体的两端。（1）封头的选择：选用椭圆形封头，Dg600×10mm GB115473（2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边高度40mm。 管程接口管与封头为焊接，封头与壳体为法兰连接，法兰尺寸与上同。8、 管程进出口接管直径 选用无缝热轧钢管（YB231-64）132× 长200mm。9、 支座支座的公称直径Dg600mm，每个支座承受的载荷为36.8吨，材料采用A3F碳素钢；采用鞍形安装。 10、整个换热器采用卧式安装，安装图见图纸21。三、参考资料1、化工原理上册 化学工业出版社，谭天恩主编，1990年。2、基础化学工程 上海科学技术出版社，编写组，1980年。四、对一些问题的说明1、 列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单、坚固、容易制造、材料范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。2、 由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对流传热系数大得多，根据壁温总是趋近于对流传热系数较大的一侧流体的温度实际情况，壁温与流体温度相差无几，因此本次设计不采用热补偿装置。