2022年李玉林换热器方案设计书.docx

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1、精品学习资源目录一设计任务书1二概述2三换热器的设计运算4（一）确定设计方案4（二）确定物性数据4（三）计算总传热系数5（四）计算传热面积5（五）工艺结构尺寸51. 管径和管内流速 62. 管程数和传热管数 63. 平均传热温差校正和壳程数64. 传热管排列和分程方法 65. 壳程内径欢迎下载精品学习资源66. 折流板77. 其他附件78. 接管7（六）换热器核算8（ 七 ） 换 热 器 主 要 工 艺 结 构 尺 寸 和 计 算 结 果表11四设备参数运算121. 壳体壁厚122. 接管及其法兰133. 设备法兰 134. 封头管箱135. 设备法兰垫片146. 管法兰用垫片147. 管板1

2、48. 折流板149. 拉欢迎下载精品学习资源杆1510. 浮头管箱1511. 浮头1512. 支座设计1513. 排气、排液管1514. 设备参数总表16五参考文献17一、 设计任务书化工原理课程设计任务书专业：化学工程与工艺班级：化工 103姓名：李玉林设计题目：煤油冷却器设计设计条件：1 设备处理量 15000Kg/h；2 ：煤油入口温度 140，出口温度 40；欢迎下载精品学习资源3 冷却水：入口温度 30 ，出口温度 40；4 热缺失可忽视；5 壳程压降不大于 30Kp；设计要求1 设计满意以上条件的换热器并写出设计说明及草稿；2 依据所选换热器画出设备装配图（ 1 号图）及草稿；指

3、导老师：朱宪荣2021 年 6 月 17 日二、概述：传热过程是化工生产过程中存在的极其普遍的过程，实现这一过程的换热设备却种类繁多，形式多样；按换热设备的传热方式划分主要有直接接触式、蓄热式和间壁式三类；虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简洁，制造简洁等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使在应用上受到限 制；因此工业上全部的换热设备工业上全部的换热设备以间壁式换热器居多；管式换热器的类型也是多种多样的，从其结够上大致可分为管式换热器和板式换热器；管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括板式、螺旋板式、板壳式换热器；不同类型的换热器各有

4、自己的优点和使用条件；1、固定管板式固定管板式换热器是用焊接的方式将连接管束的管板固定在壳体两端；主欢迎下载精品学习资源要特点是制造便利，紧凑，造价较低；但由于管板和壳体间的结构缘由，使得管外侧不能进行机械清洗；另外当管壁温与壳体壁温之差较大时，会产生较大的温差应力；严峻时会毁坏换热器；由此可知，固定管板式换热器使用与壳程流体清洁，不易结垢；或者管外 侧污垢能用化学处理方法去掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温之差不能 太大，一般情形下，该温差不得大于50；如超过此值，应加温度补偿装置；通常是在壳体上加一膨胀节；2、浮头式换热器浮头式换热器是用法兰把管束一端的管板固定到壳体上，另一端管板可以在

5、壳体内自由伸缩，并子这端管板上加一顶盖成为“浮头”；这类换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内；管束可以在壳体内自由伸缩，不会产生温差应力；但这种换热器结构较为复杂，造价高，制造安装要求高；由以上特点可以看出浮头式换热器的应用范畴很广，能在较高的压力下工作，使用于壳体壁温与管壁温之差较大，或壳程流体易结垢的场合；3、U 型管式换热器这类换热器的管束是由弯曲成U 型的传热管组成；其特点是，管束可以自由伸缩，不会产生温差应力，结构简洁，造价比浮头式低，管外简洁清洗；但 管板上排列的管子较少，另外由于管束中心一带存在间隙，且各排管子回弯曲 率不同，长度不同，故物料分布不够匀称，影

6、响传热成效；U 型管式换热器适用于壳程流体易结垢，或是壳体壁温与管壁温之差较大的场合，但要求管程流体应较为清洁，不易结垢；4、填料函式换热器这类换热器具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换热器的缺点，结构比浮头式简洁，制造便利，易于检修清洗；对于一些腐蚀严峻，需要常常更换管束的场合常采纳这种换热器；但这种换热器密封性能差，故壳程不宜处理易燃、易爆或有毒的气体；同时要求壳程流体的压力不宜过高；目前所适用的填料函式换热器的直径一般在7000mm一下，很少采纳大直径的填料函式换热器；欢迎下载精品学习资源三、换热器的设计运算（一）确定设计方案1、挑选换热器类型两流体温度变化情形：煤油进口温度140，

7、出口温度 40；冷却水进口温度 30，出口温度 40；由于该换热器的管壁温度和壳体温度有较大温差， 应选用浮头式换热器；2、流淌空间及流速的确定实际生产中，冷却水一般为循环水，而循环水易结垢，为便于清洗，应采 用冷却水走管程，煤油走壳程；选用 25 2.5的碳钢管，管内流速设为ui =0.8m/s ；（二）确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值壳程煤油的定性温度：欢迎下载精品学习资源T=140402=90 （）欢迎下载精品学习资源管程流体的定性温度：欢迎下载精品学习资源t=30402=35 欢迎下载精品学习资源3依据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据煤油在 90的有关物性数

8、据如下：密度0=810kg/m定压比热容Cpo=2.3kJ/kg* 导热系数 0=0.130W/m* 粘度0=0.000091Pa*s3冷却水在 35的有关物性数据如下： 密度i =994kg/m定压比热容Cpi =4.174kJ/kg* 导热系数 i =0.626W/m*粘度i =0.0000727Pa*s（三）运算总传热系数1、热流量欢迎下载精品学习资源Q0=moCpot o=15000*2.3* （140-40 ） =3.45*102、平均传热温差6kJ/h=958kW欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源tmt1t 2lt1140l4014040403039.1 欢迎下载精品学习资源

9、t 24030欢迎下载精品学习资源3、冷却水用量oQ3.45 * 106欢迎下载精品学习资源wic piti4.174 * 403082398（kg/h ）欢迎下载精品学习资源污垢热阻22Rsi =0.000344m* /W Rso=0.000172m* /W管壁的导热系数欢迎下载精品学习资源 四 运算传热面积假设 K=300W / m2 *C，就估算的传热面积为：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源AQKtm958000300 * 39.181.71m2欢迎下载精品学习资源2考虑 15%的面积裕度， Ap=1.15*A=1.15*81.71=93.97 （ m）（五）工艺结构尺寸1、管径

10、和管内流速选用25*2.5 较高级冷拨传热管（碳钢），取管内流速ui0.7m / s2、管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数欢迎下载精品学习资源nV82398/3600* 994104.76105（根）欢迎下载精品学习资源sd i 2u40.785*0.022 *0.7欢迎下载精品学习资源按单程管运算，所需的传热管长度欢迎下载精品学习资源LAd ons3.14 *93.970.025 * 10511.4 m欢迎下载精品学习资源按单程管设计，传热管过长，宜采纳多管程结构；现取传热管长l=6m, 就该换热器管程数为：欢迎下载精品学习资源NL11.4pl62 （管程）欢迎下载精品学习

11、资源传热管总根数 N105 * 2210 根欢迎下载精品学习资源3、平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数欢迎下载精品学习资源R140404030P402514025100.091欢迎下载精品学习资源按单壳程，双管程结构，温差校正系数为欢迎下载精品学习资源22tR1l1p/l2 / p1RR1欢迎下载精品学习资源R11pR2 / p1RR21欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1021 l10.091/l2/ 0.09111010 21欢迎下载精品学习资源1010.85 C10.091* 102/ 0.091110101欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2平均传热温差tt mt

12、 *m0.85 *39.133.2 C欢迎下载精品学习资源由于平均传热温差校正系数大于0.8 ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适4、传热管排列和分程方法采纳组合排列法，即每程内均按旋转45正四边形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子；查热交换器原理与设计P46，表 2-3管间距，欢迎下载精品学习资源取管间距：横过管束中心线的管数t1.25 * 2531.2532mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源nc1,19N1.19 *21018 （根）欢迎下载精品学习资源由化工单元过程及设备课程设计P67，公式 3

13、-16 ，隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22 mm欢迎下载精品学习资源取各程相邻管的管心距为 44mm；欢迎下载精品学习资源5、壳体内径采纳多管程结构，取管板利用率0.7 ，就壳体内径为欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源D1.05tN /1.05 * 32*210/ 0.7581.97mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源圆整可取D600 mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源6、折流板采纳弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25% ，就切去的圆欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源缺高度为 h0.25 *600150mm ；欢迎下载

14、精品学习资源欢迎下载精品学习资源取折流板间距 B0.3D ，就欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源B0.3 * 600180 mm可取 B为 150mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源N B折流板数L16000139B150块欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源折流板圆缺水平装配；7. 其他附件选取拉杆直径为 12mm，拉杆数量为 4 根8、接管壳程流体进出口接管：取接管内循环油品流速为u1.0m/ s，就接管内径为欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源d4Vu4 * 15000/3600* 8103.14 * 1.00.081m欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源取标准

15、管径为 804 mm；管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为u1.6m / s ，就接管内径为欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源d4Vu4 * 82398/3600* 9943.14 * 1.60.135m欢迎下载精品学习资源取标准管径为 1504.5 mm； 六 换热器核算1. 传热才能核算欢迎下载精品学习资源1 壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可实行克恩公式欢迎下载精品学习资源oo0.36deRe0.55 Pr1 / 30.14o w欢迎下载精品学习资源o当量直径，由正方形排列得欢迎下载精品学习资源do4 t 224de4 *0.032 23.14 * 40.025 20.027m

16、欢迎下载精品学习资源do3.14 * 0.025壳程流通截面积欢迎下载精品学习资源doAoBD 1t0.15*0.6 * 10.0250.0320.0197m欢迎下载精品学习资源壳程流体流速及其雷诺数分别为欢迎下载精品学习资源u15000 /3600 *o0.01978100.216m / s欢迎下载精品学习资源Reo0.027 *0.216 *8106250欢迎下载精品学习资源0.000091普兰特准数欢迎下载精品学习资源3Pr2.3 * 10 *0.00009116.1欢迎下载精品学习资源0.130欢迎下载精品学习资源粘度校正0.14w0.95欢迎下载精品学习资源o0.36 *0.130

17、* 6250 0.55 * 16.11/ 30.02510W/m 2 *C欢迎下载精品学习资源2 管程对流传热系数欢迎下载精品学习资源ii0.023didi uii i0.8c pii i0.4欢迎下载精品学习资源管程流通截面积欢迎下载精品学习资源Ai0.785 *0.02 2 *21020.0330 m2 欢迎下载精品学习资源管程流体流速及其雷诺数分别为欢迎下载精品学习资源u82398 /3600 *i0.0309940.70m / s欢迎下载精品学习资源Rei0.02 * 0.70 * 99419142欢迎下载精品学习资源0.000727欢迎下载精品学习资源普兰特准数4.174 * 103

18、Pr* 0.0007275.47欢迎下载精品学习资源i0.023 *0.6260.626 *0.02019142 0.8 *5.470.43785W/ m2 *C欢迎下载精品学习资源3) 传热系数 K欢迎下载精品学习资源Kdoi d idoRsidi1bdod m1Rsoo1欢迎下载精品学习资源0.0250.000344 *0.0250.0025 * 0.0250.0001721欢迎下载精品学习资源3785 * 0.0200.02045 * 0,0225510欢迎下载精品学习资源338W/m 2 *C欢迎下载精品学习资源4) 传热面积 A欢迎下载精品学习资源QAKt m958338 * 33.

19、285.37 m2 欢迎下载精品学习资源该换热器的实际传热面积 Sp欢迎下载精品学习资源Apdo LN3.14* 0.025* 6*21098.91 m2 欢迎下载精品学习资源该换热器的面积裕度欢迎下载精品学习资源ApAH* 100%98.9185.37* 100%15.86%欢迎下载精品学习资源A85.37传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务；2、换热器内流体的流淌阻力（1）管程流淌阻力欢迎下载精品学习资源PiP1P2 Ft NsN P欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Ns1 ， NP2 ， Ft1.5欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源lu 2u 2P1iP2d2，20.0

20、20.001欢迎下载精品学习资源由 Re19142， 传 热 管 相 对 粗 糙 度 20， 查 莫 狄 图 得欢迎下载精品学习资源i0.042W / m*C ，流速 ui0.70m / s ，994kg / m3欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源P10.042 *6* 0.02994 *0.70 22，所以3068.48Pa，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源P 23 *994 *0.70 22730.59Pa ，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Pi3068.48730.59 * 1.5 * 1* 211397.21Pa30kPa欢迎下载精品学习资源管程流淌阻力在答应范畴

21、之内；（2）壳程阻力欢迎下载精品学习资源PoP1 P2 Ft N s欢迎下载精品学习资源Ns1， Ft1流体流经管束的阻力欢迎下载精品学习资源P1FFf 0.5onc N B21uo2欢迎下载精品学习资源f o5 * 3046nc18N B39,uo0.261m / s0.2280.8029810 *0.2612欢迎下载精品学习资源P10.5 * 0.8029 * 18 *39127974.45 Pa欢迎下载精品学习资源流体流过折流板缺口的阻力2 Bu 2欢迎下载精品学习资源P2 N B 3.5oD2，欢迎下载精品学习资源B0.15m, D0.60m欢迎下载精品学习资源P2 39*3.52*

22、0.15 *810* 0.26123227.91 Pa欢迎下载精品学习资源总阻力0.602，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源P2 7974.453227.91 * 1* 111202.36 Pa30kPa欢迎下载精品学习资源壳程流淌阻力也比较合适欢迎下载精品学习资源（七）换热器主要工艺结构尺寸和运算结果表表 1 主要尺寸及结果表管程壳程流率kg/h8239815000温度 进/ 出30/40140/40定性温度3590欢迎下载精品学习资源3物密度 kg/m994810欢迎下载精品学习资源热容 kJ/kg 4.1742.3欢迎下载精品学习资源黏度Pas0.0007270.000091欢迎

23、下载精品学习资源导热系数0.6260.13w/m雷诺准数19924.07406.73型 式浮头式台数1性欢迎下载精品学习资源2传热面积 m设备结构参数壳体内径mm600壳程数1管径 mm252.5管心距 mm32管长 mm6000管子排列正方形旋转45管数目（根）210折流板个数39管程数2材质碳钢85.37折流板距 mm200欢迎下载精品学习资源主要运算结果管程壳程流速 m/s0.700.261欢迎下载精品学习资源传热系数污垢热阻w / m 2m 2/w37855100.0003440.000172欢迎下载精品学习资源热负荷 kw958平均传热温差33.2欢迎下载精品学习资源总传热系数w /

24、 m2338.44欢迎下载精品学习资源裕度15.86%欢迎下载精品学习资源四设备参数运算1. 壳体壁厚由 Po1.6 MPa ， Di 600mm，对壳体与管板采纳单面焊，焊接接头系数0.65, 壳体工作温度下的许用应力 t=113MPa欢迎下载精品学习资源Po Di2tPo +C 21.61136000.651.6 +C欢迎下载精品学习资源=6.61+2.6=9.2mm C=C1+C2 =0.6+2=2.6mm圆整后取 10mm 材料与零部件（上）查的钢板厚度负偏差C1 是 0.6mm，腐蚀裕度 C2 为2mm查 阅结构与零部件（上），无缝钢管制作筒体时容器的公称直径，采用公称直径为 DN6

25、000mm10mm的壳体，就 Do 620mm，Di=600mm；2. 接管及其法兰欢迎下载精品学习资源（1） ）壳程流体进出口接管取接管内循环油品流速为 u1.0m / s ，就欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源d4Vu4 * 15000 /3600* 8103.14 * 1.00.081m欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源取标准管径为 804 mm（2） ）管程流体进出口接管取接管内循环水流速为 u1.6m / s ，就欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源d4Vu4 * 82398/3600* 9943.14 * 1.60.135m欢迎下载精品学习资源取标准管径为 150

26、4.5 mm；查阅材料与零件 P384，表 2-2-23得表-2管子平焊法兰螺栓焊缝欢迎下载精品学习资源DgdHSDD1D2fbd重量（ kg数 直径 KH）80894185150128314181.954M16561501594.5260225202312182.628M1656量欢迎下载精品学习资源3. 设备法兰查 材料与零部件（上） P386 表 2-2-23得管子平焊法兰螺栓焊缝DgdHSDD1D2fbd重 量（ kg）数量20直径KH60063098407707205504180.3M3610114. 封头管箱封头：以外径为公称直径的椭圆形封头（表-4JB1154-73）公称直径 D

27、g600曲面高度 h1直边高度 h215040内表面积 F（ m2） 0.464容积 v（m3）0.396依据压力容器设计规范采纳材质为16MnR的标准椭圆封头，在满意强度要求的情形下，其壁厚可用以下公式运算：pDS2tc0.5 p焊接接头系数 0.65, 壳体工作温度下的许用应力 t=113MPaPo Dit1.66002Po+C21130.651.6+C=6.61+2.6=9.2mmC=C1+C2 =0.6+2=2.6mm 材料与零部件（上）查的钢板厚度负偏差C1 是 0.6mm，腐蚀裕度 C2为2mm实取10mm表-3欢迎下载精品学习资源7.管板 30，长度 666，材料为 16MnR支

28、垫（鞍式支座） 材料与零部件（上） P559表 2-7-1 鞍式支座尺寸 表-7公称直径 Dg每个支座答应负荷 t36.8b1LBlK 1bm重量（kg）6001805501202604209022026.35. 设备法兰垫片（橡胶石棉板）表-5公称直径 Dg垫片内径 d公称压力 Fm2垫片外径 D600615166556. 管法兰用垫片表-6法兰公称压力 Mpa介质温度密封面型式垫片名称材料煤油1.6200光滑橡胶垫片橡胶板循环水1.660光滑橡胶垫片橡胶板8. 折流板采纳弓形折流板，材料A3F钢板，拱高： h=150mm板间距： B=150mm板数： nB=39板厚： B=5mm由于考虑到

29、实际安装时由于第一块折流板的位置壳体接管位置的影响，在一个壳程内折流板的个数应为 39 个；9. 拉杆由于折流板是半弓形的，在布置拉杆时要考虑到定位的问题；本换热器壳体 内径为 600mm，拉杆的直径=12，共 4 根；拉杆是用来安装折流板的，查阅化工单元过程及设备课程设计 P135，表 4-7 和表 4-8 得：欢迎下载精品学习资源拉杆螺纹公称直径：d n =12mm欢迎下载精品学习资源前螺纹长 La=15mm后螺纹长 Lb=18mm拉杆数： 4 根10. 浮头管箱管箱长 L=400mm，管箱内径 =600mm，壁厚 =10mm欢迎下载精品学习资源11. 浮头浮头管板外径 D0=Di-2b1

30、=600-2 3=594mm垫片宽度 bn=10mm浮头管板密封面宽度 b2=bn+1.5=10+1.5=11.5mm浮头法兰沟圈内径欢迎下载精品学习资源D fiDi2b1bn 6002310574 mm欢迎下载精品学习资源浮头法兰沟圈外径欢迎下载精品学习资源D foDI100700 mm布管限定圈直径欢迎下载精品学习资源DLDi2b1b2b6002311.54563mm欢迎下载精品学习资源DLDi100700mm外盖内直径螺栓中心圆直径 Db=D0+Df0=594+680/2=637mm欢迎下载精品学习资源化工单元过程及设备课程设计第五节设计实例与石油化工设备设计手册P154512. 支座设计查材料与零部件（上）