化工原理课程设计-煤油冷却器的设计.doc

化工原理课程设计 煤油冷却器的设计目 录一、设 计 任 务 书- 1 -二、概 述- 2 -三、换热器总体结构的选择- 9 -四、工艺结构尺寸确定- 12 -4.1管径与管内流速- 12 -4.2管程数与传热管数- 12 -4.3 平均传热温差校正- 13 -44 传热管排布与分程方法- 14 -4.5 壳体内径- 15 -4.6 折流板- 15 -4.7 接管- 16 -五、换热器核算- 16 -51热量核算- 16 -52 换热器内流体的流动阻力- 18 -七、机械设计- 21 -71 求管束与壳壁的温差- 21 -72 求管子数n- 21 -73 计算壳体壁厚- 22 -74封头- 23 -75管板计算- 23 -76膨胀节- 27 -77 接管- 29 -7.8 折流板- 32 -79定距管- 35 -7.10 防冲与导流- 38 -7.11 旁路挡板- 38 -7.12 分程隔板- 39 -7.13 换热管- 40 -7.14 支座- 43 -7.15 起吊附件- 44 -7.16 垫片- 44 -八、振动- 45 -81 卡门漩涡频率- 45 -82 紊流抖动主频率- 46 -83 声学驻波频率- 47 -84 换热器固有频率- 47 -九、设计结果- 49 -十、参 考 文 献- 50 -十一、 致 谢- 52 -化 工 课 程 设 计 一、设 计 任 务 书（一） 设计题目：煤油冷却器的设计（二） 设计任务及操作条件1 处理能力：17万吨/年煤油2 设备形式：列管式换热器3 操作条件（1） 煤油：入口温度140，出口温度40（2） 冷却介质：自来水，入口温度30，出口温度40（3） 允许压强降：不大于100kPa（4） 煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，黏度7.1510-4Pa.s，比热容2.22kJ/(kg.)，导热系数0.14W/(m.)（5） 每年按330天计，每天24小时连续运行（三） 选择适宜的列管式换热器并进行核算3.1 传热计算3.2 管、壳程流体阻力计算3.3管板厚度计算3.4 U形膨胀节计算3.5 管束振动3.6 管壳式换热器零部件结构（四） 绘制换热器装配图（A1图纸） 二、概 述2.1 换热器的发展及分类在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。它是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。 换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翅式、管翅式等）2.2列管式换热器的分类换热器种类繁多，形式各异，如列管式、釜式、板式、板翅式、螺旋板式、空冷器、套管式、蛇管式等。由于列管式换热器（亦称管壳式）易于制造、适应性强、处理量大、成本较低可供选用的材料范围广泛，仍是当前应用最广（约占70%），理论研究和设计技术最完善，运行可靠性良好的一类换热器。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：（1） 固定管板式换热器这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。其结构如下图所示：（2） 浮头式换热器换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。其结构如下：（3） 填料函式换热器这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。其结构如下：（4） U型管式换热器这类换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。其结构如下所示：2.3 设计背景及设计要求在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的差别。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。在化工厂，换热器的费用约占总费用的1020，在炼油厂约占总费用的3540。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。 完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求： （1）合理地实现所规定的工艺条件 传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。其具体做法如下。 增大传热系数 在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。 提高平均温差 对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。 妥善布置传热面 例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距或排列方式，不仅可以加大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积，更有利于热量的传递。 （2）安全可靠 换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国钢制石油化工压力容器设计规定与钢制管壳式换热器设计规定等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。 （3）有利于安装、操作与维修 直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。 （4）经济合理 评价换热器的最终指标是：在一定的时间内（通常为1年）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费等）的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。 动力消耗与流速的平方成正比，而流速的提高又有利于传热，因此存在一最适宜的流速。 传热面上垢层的产生和增厚，使传热系数不断降低，传热量随之而减少，故有必要停止操作进行清洗。在清洗时不仅无法传递热量，还要支付清洗费，这部分费用必须从清洗后传热条件的改善得到补偿，因此存在一最适宜的运行周期。 严格地讲，如果孤立地仅从换热器本身来进行经济核算以确定适宜的操作条件与适宜的尺寸是不够全面的，应以整个系统中全部设备为对象进行经济核算或设备的优化。但要解决这样的问题难度很大，当影响换热器的各项因素改变后对整个系统的效益关系影响不大时，按照上述观点单独地对换热器进行经济核算仍然是可行的。 三、换热器总体结构的选择（一） 确定设计方案1 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40；冷流体（自来水）进口温度30，出口温度40。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计改换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀的固定管板式换热器。2.流动空间及流速的确定 因两流体不发生相变,水的对流传热系数一般较大且易结垢,故应使循环水走管程，油品走壳程。选用25x2.5的碳钢管，管内流速取ui=1.2m/s。3.确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为T=(140+40)/2=90（） 管程流体的定性温度为t=（30+40）/2=35（）油在90下的有关物性数据如下：密度 0=825kg/m3定压比热容 cpo =2.22Kj/（m.）导热系数 o=0.140W/（m. ）粘度 o=0.000715Pa.s循环冷却水在35下的物性数据：密度 i =994kg/m3定压比热容 cpi =4.174Kj/(kg.)导热系数 i=0.626W/(m.)粘度 i=0.000728Pa.s(三)计算总传热系数1.热流量 Qo=mocpoto=239902.22（140-40）=5.326106kj/h=1479.4（kw）2.平均传热温差 3.冷却水用量 4.总传热系数K管程传热系数(假设流速为 1.5m/s)壳程传热系数假设壳程的传热系数o=430W/（m2.）；污垢热阻 Rsi=0.000344m2./W Rso=0.000172 m2./W管壁的导热系数=45W/(m.)（四）计算传热面积 考虑15的面积裕度（五）工艺结构尺寸1.管径和管内流速 选用25x2.5的传热管（碳钢）,取管内流速ui=1.5m/s 2.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按单程管计算，所需的传热管长度为 传热管总根数N=322 (根)平均传热温差校正及壳程数按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P,查同一图线，可得，t=0.85平均传热温差 tm=tm=0.8539=33.15()4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25do，则 T=1.2525=31.2532（mm）横过管束中心线的管数 nc=1.1=1.1=19.7取20（根）1. 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为D=1.05t=1.0532=720（mm）取700mm圆整可取D=700mm2. 折流板采用弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h=0.25800=200mm取折流板间距B=0.4D,则B=0.4700=280mm，可取B为300mm折流板数 折流板圆缺面水平装配3. 接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u=1.5m/s，则接管内径为取标准管径为：100mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=2.0m/s，则接管内径为取标准管径为：175mm（六）换热器核算1. 热量核算壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式 当量直径，由正三角形排列得壳体流通截面积壳体流体流速及其雷诺系数分别为普兰特准数粘度校正 1W/(m2. )（2）管程对流传热系数管程流通截面积管程流体流速普兰特准数（3）传热系数K=W/（m2）（4）传热面积S S=该换热器的实际传热面积Sp此管采用D=700mm B=300mm 管长l=6m 管程为4 管程的规格，查国标可得：传热管总管数为：322根换热器的实际传热面积Sp=3.14(6-0.06)0.025(322-20)=140.8该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2. 换热器内流体的流动阻力（1） 管程流动阻力Ns=1，Np=4，Ft=1.4由Re=19278，传热管相对粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄图得=0.034W/m，流速ui=0.995m/s，=994kg/m3，所以 105Pa管程流动阻力在允许的范围之内。（2）壳程阻力 Po=(P1+P2)FtNs Nsl，Ftl.15 流体流经管束的阻力 ,=2191.4Pa流体流过折流板缺口的阻力 总阻力Po1202636.21838.2(Pa)100 kPa壳程流动阻力也比较适宜。 六、换热器选型根据以上计算，可以得到以下设计结果：DN(mm)800管程数N4壳程数1管子根数n442中心排管数23管程流通面积m20.030换热面积m20.0195换热管长度mm6000管子规格通过查标准JB/T 4715-92 固定管板式换热器与基本参数的对照可以发现，在DN=600mm范围内，设计所得换热器与标准相差较小，与设计结果比较接近。故暂且选定该换热器，其相关尺寸规格如下：DN(mm)800管程数N4壳程数1管子规格管子根数n442中心排管数23管程流通面积m20.03换热面积m20.0195换热管长度mm6000 七、机械设计已知条件：管程,冷凝水工作压力0.1MPa,壳程：煤油,工作压力为0.1MPa,由前面工艺计算过程求得换热面积为194.05m2。71 求管束与壳壁的温差因为管程中为冷凝水，管壁温度可取ts=35,管壁温度tt=ts,则由可得tw=78.0,壳、管壁温度差为28.7。72 求管子数n由于故n=206。其中标准JB4715-92，管长6m。其中因安排拉杆需減少4根，实际管数为202根。查第四版化工设备机械可知，该换热器中需安装4根考虑到应有足够大的传热面积，以及设备的稳定性，拟将换热管数定为187，拉杆数定为4根。73 计算壳体壁厚由于换热器为内压容器，故可以采用内压容器的设计方法来确定其壁厚，根据内压薄壁容器“弹性失效”设计准则，壳壁计算壁厚计算公式为：考虑到流体腐蚀及进行清洗时对管路的磨损腐蚀等，取腐蚀裕量C2=1.2mm,则设计壁厚为：钢板负偏差为：C1=0.25mm故设计所得壁厚可以满足要求，则名义壁厚为：对于碳钢换热器，其最小壁厚应符合下表：由此可知计算所得壁厚基本上可以满足要求。我们在设计中选择壁厚为8mm。74封头上下两封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4737-2002标准，封头为：。如图所示，材料选用20R钢。下封头常与裙座焊接，h2=50mm，材料选用20R钢。75管板计算751 管板尺寸确定管板结构如下：由于固定管板式换热器管板计算十分复杂，需要综合考虑多种因素，考虑到本次设计时间并不太充裕，故计算从略，仅采用下表选取。752 管板重量计算管板重量可按照下式进行计算：对于整体管板，取h=0故对于本换热器选用的管板，其重量为：753 管板与管子连接 管子与管板的连接方式主要有以下三种：a胀接；b焊接；c胀焊接 胀接用于管壳之间介质渗漏不会引起不良后果的情况，特别适用于材料可焊性差（如碳钢换热管）及制造厂的工作量过大的情况。由于胀接管端处在焊接时产生塑性变形，存在着残余应力，随着温度的升高，残余应力逐渐消失，这样使管端处降低密封和结合力的作用，所以胀接结构受到压力和温度的限制，一般适用于设计压力4Mpa，设计温度300度，并且在操作中无剧烈地震动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀；焊接连接具有生产简单、效率高、连接可靠的优点。通过焊接，使管子对管板有较好的增将作用；并且还有可降低管孔加工要求，节约加工工时，检修方便等优点，故应优先采用。此外，当介质毒性很大，介质和大气混合易发生爆炸介质有放射性或管内外物料混合会产生不良影响时，为确保接头密封，也常采用焊接法。焊接法虽然优点甚多，因为他并不能完全避免“缝隙腐蚀”和焊接节点的应力腐蚀，而且薄管壁和厚管板之间也很难得到可靠的焊缝。焊接法虽然较胀接可以乃更高的温度，但是在高温循环应力的作用下，焊口极易发生疲劳裂纹，列管与管孔存在间隙，当受到腐蚀介质的侵蚀时，以会加速接头的损坏。因此，就产生了焊接和胀接同时使用的方法。这样不但能提高接头的抗疲劳性能，同时可以降低缝隙腐蚀倾向，因而其使用寿命比单用焊接时长的多。在什么场合下适宜施行焊、胀接并用的方法，目前尚无统一标准。通常在温度不太高而压力很高或介质极易渗漏时，采用强度胀加密封焊（密封焊是指单纯防止渗漏而施行的焊接，并不保证强度）。当在压力和温度都很高的情况下，则采用强度焊加贴胀，（强度焊是即使焊缝有严密性，又能保证接头具有较大的拉脱力，通常是指焊缝强度等于管子轴向负荷下的强度时的焊接）。贴胀的作用主要是消除缝隙腐蚀和提高焊缝的抗疲劳性能。 由于本换热器的工作压力为低压，且为低温操作，综合考虑各种连接工艺的优缺点及使用范围最终确定采用胀接法，在胀接法连接管子与管板时，管板的硬度应该大于管子硬度，以保证在胀接时，管子发生塑性形变时，管板仅发生弹性形变。通常管子材料选用10、20优质碳钢，管板采用25、35、Q225或低合金钢16Mn、Cr5Mo等。结合本次设计，管板采用16MnR。胀接长度确定：胀接长度取管板名义厚度减去3mm与50mm中的较小值，故本换热器的胀接长度为：754 管板与壳体的连接在固定管板式换热器中，管板与壳体的连接均采用焊接。其连接结构如下图所示：局部放大图为：76膨胀节761 管壁温度估算由于管壁热阻一般可以忽略，故可以认为管内外壁的温度是相同的，由此可以得到以下关系：中，to、ti、tw分别为壳程、管程流体的平均温度及壁温。采用试差法最终求得tw=78.0管子拉脱力本换热器的管子及壳体均采用10号碳钢，由此可得以下参数表：管子壳体操作压力MPa1.01.0壁温78.035材料1010线膨胀系数1/11.811.8弹性模量MPa尺寸mm管子数252管间距32胀接长度mm29许用拉脱力MPa4管子排布方式正三角形在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力为：在温差应力作用下，每平方米胀接周边所产生的力为：由于qt与qp的方向相反，故总拉脱力为：故管子拉脱力在许用范围内。762 判断是否安装膨胀节 膨胀节是装在固定管板式换热器上面的挠性元件，对管子和壳体的膨胀变形差进行补偿，以消除或减少不利的温差应力。管、壳壁温差所产生的轴向力：压力作用于壳体上引起的轴向力：压力作用于管子上的轴向力：条件成立，故本换热器不必设置膨胀节。77 接管771 壳程流体进出口接管取接管内油品流速为u=1.0m/s，则接管内径为;取标准管径DN=80mm的钢管。接管质量为：M=其补强圈尺寸由下表确定为：E型补强圈如下所示：适用于壳体为内坡口的全焊透结构。本设计相当于低温压力容器，故采用全焊透结构。则其补强圈外径为180mm。补强圈质量为：M=壳程接管位置的最小尺寸：本换热管带有补强圈，且由上面计算可知，补强圈外径为180mm，管板厚度为42mm，取,则壳程接管位置的最小尺寸为：取为200mm772 管程流体进出口接管取接管内水流速为u=1.6m/s，则接管内径为：取标准管径DN=125mm的钢管。M=（同5.1）取补强圈外径为200mm。M=管箱接管位置的最小尺寸则管箱接管最小尺寸：取为250mm。7.8 折流板7.8.1 折流板尺寸及数量折流板数量由前面计算可知，本换热器需要17块流板。但是为了使煤油分别在换热器的异侧进出，需要偶数块折流板，故本换热器实际采用16块流板。折流板外径尺寸应该符合下表规定:则该换热器折流板外径为： 594.7-595.5,取为595.5mm切去高度为，取为150mm。7.8.2 折流板厚度参照由万利国、董新法编著化工制图AutoCAD实战教程与开发143页表5-4得折流板厚度为6mm。7.8.3 折流板质量 采用10号碳钢，则单块折流板质量为：81.70kg（具体数学运算略）。7.8.4 折流板管孔本换热器采用一级管束，则相应的折流板管孔应符合下表：由此可知，该换热器的折流板管孔直径为：19.419.7mm。7.8.5 折流板分布折流板一般应等间距布置，并且应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接管。靠近管板的折流板分布示意图为：其尺寸可由下式确定：由上面计算可知L1=160mm，且本换热器无需设置防冲板，则B2=di,则实际取为200mm则，其他折流板间距约为：对于卧式换热器，若壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下布置，如图所示：7.8.6 最大无支撑跨距换热管在其材料允许范围内的最大无支撑跨距应符合下表：对于本换热器而言，换热管的最大无职称跨距为1500mm，远远大于300mm，由此可知，本设计是可行的。79定距管本换热器采用拉杆定距管结构。7.9.1 拉杆数量及直径由此可得本换热器需要4直径为16mm的拉杆。7.9.2 拉杆尺寸拉杆连接尺寸由下图及下表格确定：7.9.3 拉杆孔拉杆与管板焊接连接的拉杆孔结构见图（a），拉杆深度等于拉杆孔直径，拉杆孔直径按下式确定： 其中d为拉杆直径拉杆与管板螺纹连接时，其结构图如（b），螺纹深度按下式确定：其中d0为拉杆公称直径。本换热器采用螺纹连接，则螺纹深度为：7.9.4 定距管根据GB/T 8163-2008流体输送用无缝钢管，采用252.5的定距管。7.10 防冲与导流管程设置防冲板条件：当管程采用轴向入口管或换热管管内流体流速超过3m/s时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。由于本设计中没有采取轴向进料，而且管程流体流速为1.60m/s，故无需设置管程防冲板。壳程设置防冲板或导流筒条件：1）当壳程进口管的值为下列数值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒：（1）非腐蚀性、非磨蚀性的单相流体，（2）其他液体，2）有腐蚀或磨蚀性的气体、蒸汽及气液混合物，应设置防冲板。3）当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒，以减少流体停滞区，增加换热管的有效换热长度。煤油为非腐蚀、非磨蚀性流体，且本换热器壳程进口管的速度为u=1.25m/s,则由此可知，在壳程进出口管处同样不需要设置防冲板或导流筒。7.11 旁路挡板旁路挡板应与折流板焊接，且其厚度与折流板相同。其示意图为：数量如下：DN时，采用一对挡板，时，设置两对挡板，时，不少于三对挡板。则本换热器需要设置两对挡板。7.12 分程隔板单壳程，六管程的分程隔板有如下两种排布方法，考虑到分程隔板的存在会大大占用本换热器采用管板及折流板面积，使排管数减少，本换热器采用第一种排列。7.12.1 分程隔板厚度分程隔板最小厚度应符合下表：本换热器的分程隔板厚度选定为12mm。7.12.2 分程隔板槽7.13 换热管7.13.1 换热管尺寸由上述计算可知，换热管基本尺寸为：252.5，长6000mm。7.13.2 换热管重量单位长度换热管质量可参照下表：本换热器采用碳钢管，共有232管，则换热管总重量为：7.13.3 换热管排布布管示意图布管限定圆布管限定圆直径由下表确定：则本换热器的布管限定圆直径为：由于d3=0.25d0=4.75mm8mm,故令d3=8mm则管孔则该换热器中，换热管管孔直径为：19.25-19.40mm。换热管排布原则7.14 支座本换热器为卧式内压容器，应该选用鞍式支座，依照JB/T4712-92双鞍式支座标准，选用DN=600mmB1型鞍式支座。鞍式支座在换热器上的布置应该按照下列原则确定：如下所示在本换热器设计过程中，令7.15 起吊附件对于质量大于30kg的管箱及管箱盖应该设置吊耳。本换热器采用的标准椭圆封头的质量为27.30kg30kg，所以无需设置吊耳。7.16 垫片换热器垫片一般可以依据下表选取： 通过以上设计，按照GB/T539,选定耐油石棉橡胶板作为垫片。 九、设计结果参数管程（循环水）壳程（煤油）流量（kg/h）12780024000进/出口温度/30/40140/40压力/MPa0.10.1物性定性温度/3590密度/（kg/m3）994825定压比热容/kJ/（kg）4.1742.22粘度/（Pas）0.7287.15热导率（W/m） 0.6260.140普朗特数4.85411.544设备结构参数形式固定管板式管程数4壳体内径/800壳程数1管径/252.5管心距/32管长/6000管子排列管数目/根442折流板数/个12传热面积/195.4折流板间距/450管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.1980.102表面传热系数/W/（k）5415.7403.4污垢热阻/（k/W）0.0003440.000172阻力/ MPa0.2570.003热流量/KW1480传热温差/K32.84传热系数/W/（K）296.4裕度/% 28.6% 十、参 考 文 献1 贾绍义,柴诚敬主编. 化工原理课程设计M. 天津：天津大学出版社.2002 2 钱颂文主编. 换热器设计手册M. 北京: 化学工业出版社. 20023 夏清,陈常贵主编. 化工原理（上册）M. 天津：天津大学出版社. 20054 方利国,董新法编著. 化工制图AutoCAD实战教程与开发M. 北京：化学工业出版社. 20055 赵慧清,蔡纪宁主编. 化工制图M. 北京:化学工业出版社20086 中国石化集团上海工程有限公司编著. 化工工艺设计手册（第三版，上册）. 北京：化学工业出版社20037 刁玉玮,王立业编著