化工原理课程设计列管式换热器设计步骤.ppt

2019年12月20日星期五 第1页 列管式换热器设计 化工原理课程设计 2019年12月20日星期五 第2页 设计题目 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50t h 单号 苯的质量流量为40t h 双号试设计一列管式换热器 已知仓库中现有 25 2 5mm 长6m的碳钢钢管 2019年12月20日星期五 第3页 设计内容 设计说明书布管图187169114装配图187169 2019年12月20日星期五 第4页 设计步骤 一 确定定性温度 物性数据二 换热器的类型及流体走向三 工艺计算四 换热器尺寸的初步确定五 校核计算 2019年12月20日星期五 第5页 六 进出口管径七 校核流体压力降八 换热器尺寸及附属部件九 参考资料十 对一些问题的说明 2019年12月20日星期五 第6页 一 确定定性温度 物性数据 苯的物性数据t1 t2 tm cp2 2 2水蒸汽的物性数据ts 同温度下水的物性 2019年12月20日星期五 第7页 二 换热器的类型及流体走向 卧式固定管板式换热器水蒸汽走壳程 苯走管程不需要进行热补偿不需要加折流挡板 p269 271 2019年12月20日星期五 第8页 三 工艺计算 1 热负荷即传热速率q2 平均温度差 tm3 选k值 估算传热面积a初 2019年12月20日星期五 第9页 1 热负荷即传热速率q 2019年12月20日星期五 第10页 2 平均温度差 tm 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 双管程 2019年12月20日星期五 第11页 3 选k值 估算传热面积a初 根据条件k值在580 1160w m2 k 680w m2 选用安全系数 1 15 1 25a初 a 2019年12月20日星期五 第12页 四 换热器尺寸的初步确定 确定管程结构尺寸壳程设计数据换热器长径比 2019年12月20日星期五 第13页 1 确定管程结构尺寸 管子规格初步设计总管数校核流速 确定管程管间距及排列方式 2019年12月20日星期五 第14页 1 管子规格库存 25 2 5mm l 3 0m的光滑碳钢钢管取管内苯的流速为u 2 0 60m s 苯系易燃易爆物流速一般低于1m s 2019年12月20日星期五 第15页 2 初步设计总管数 n 根 三角形排列管数 3a2 3a 1 圆整n 2019年12月20日星期五 第16页 3 校核流速 确定管程 管程 一般双管程 2019年12月20日星期五 第17页 4 管间距及排列方式管间距t 1 25 1 3 d0采用三角型排列根据总管数n 确定层数a 是否弓形排管 确定nt最外层六角形对角线上管数ntb 2a 1采用胀管法排列 2019年12月20日星期五 第18页 2 壳程设计数据 壳体内径d t ntb 1 2b t 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 取b 1 1 5 d0壳体内径标准圆整到 d mm 2019年12月20日星期五 第19页 中心拉杆n3根直径 12mm双管程隔板少排ntb根实际管数n nt ntb n3双管程 每程n 2根排列管子实际流速 与初设苯流速u 2校核 2019年12月20日星期五 第20页 3 换热器长径比 确定长径比的取值范围 2019年12月20日星期五 第21页 五 校核计算 1 校核总传热系数k值2 校核壁温tw3 校核传热面积a 2019年12月20日星期五 第22页 1 校核总传热系数k值 管内对流传热系数 2管外对流传热系数 1污垢热阻及管壁热阻 2019年12月20日星期五 第23页 1 管内对流传热系数 2 被加热 2019年12月20日星期五 第24页 2 管外对流传热系数 1 n为水平管束垂直列上的管数弓形排管n 8 弓形不排管n 7假设管外壁温tw 115 6 2019年12月20日星期五 第25页 3 污垢热阻及管壁热阻苯侧污垢热阻rs2 1 76 10 4m2 w蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小 水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计 碳钢钢管的导热系数 45w m2 2019年12月20日星期五 第26页 4 校核k值以外表面计算 计算k值与原设值k初比较使相对误差 5 2019年12月20日星期五 第27页 2 校核壁温tw 结果与原假设值tw校核 tw 115 6 2019年12月20日星期五 第28页 3 校核传热面积a 水蒸汽侧ts不变 一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等 2019年12月20日星期五 第29页 实际所需面积 实际提供面积 余度 2019年12月20日星期五 第30页 六 进出口管径 苯进口管 出口管水蒸汽进口管径冷凝水排出口 2019年12月20日星期五 第31页 1 苯进口管 出口管 取进口流速u0 1m s进口直径 选用无缝热轧钢管 yb231 64 150 4 5mm 长200mm 2019年12月20日星期五 第32页 2 水蒸汽进口管径 蒸汽用量 富裕量3 蒸汽体积流量v g 取蒸汽流速u 20m s 选用无缝热轧钢管 yb231 64 219 6mm 长200mm 2019年12月20日星期五 第33页 3 冷凝水排出口 选用水煤气管 42 25 3 25mm 长100mm 2019年12月20日星期五 第34页 七 校核流体压力降 管程总压力降壳程压力降壳程是饱和水蒸汽冷凝 阻力很小 不校核其压力降 2019年12月20日星期五 第35页 管程总压力降 p272 总压力降计算公式 每程直管压力降 每程局部阻力引起的压降 校核 pt 3 0 104pa 2019年12月20日星期五 第36页 管内径 管长 管程结垢校正系数 三角形为1 5 正方形为1 4 壳程数 1 一壳程的管程数 2 参数说明 2019年12月20日星期五 第37页 计算 取 0 2mm d 0 01 查图可知 化工原理上册p43图1 28 2019年12月20日星期五 第38页 八 换热器尺寸及附属部件 管间距 t 32 5mm壳体直径 600 10mm 内径d 580mm壳体材料 碳素钢a3f 钢板卷焊管子尺寸 25 2 5mm l 3 0m n 164根 双管程布管图见图纸2 2 2019年12月20日星期五 第39页 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 pg 16kgf cm2 见讲义p66表4 8 4 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 法兰尺寸见讲义p111 115图4 63及表4 27 2019年12月20日星期五 第40页 5 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s 10mm 见讲义p77表4 19 2019年12月20日星期五 第41页 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 10mmgb1154 73 2 封头尺寸 曲面高度150mm 直边高度40mm 讲义p142附表1 2 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 2019年12月20日星期五 第42页 管程进出口接管直径 选用无缝热轧钢管 yb231 64 152 4 5mm长200mm 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 尺寸见讲义p117图4 28b 表4 28 整个换热器采用卧式安装 安装图见图纸2 1 2019年12月20日星期五 第43页 九 参考资料 列管式换热器及其设计 讲义 山东轻工业学院 化工原理教研室 编 1987年 化工原理 上册化学工业出版社 谭天恩主编 1990年 基础化学工程 上海科学技术出版社 编写组 1980年 2019年12月20日星期五 第44页 十 对一些问题的说明 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 2019年12月20日星期五 第45页 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 2019年12月20日星期五 第46页 thanksat