管壳式换热器工艺设计说明书

1、管壳式换热器工艺设计说明书1. 设计方案简介 1.1工艺流程概述由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1,苯经泵抽上来，经管道从接管 A进入换热器壳程;冷却水则由泵抽上来经管道从接管 C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，苯从80C被冷却至55C之后，由接管B流出；循环冷却水则从30C升至50C，由接管D流出FUMPPUMP2HEATXnC BH2O图1工艺流程草图1.2选择列管式换热器的类型列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效 果较好；此外，结构简单，制造的材料围广，

2、操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。如下图所示。图】1.2.1列管式换热器的分类根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种：固定管板式换热器固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相 支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困 难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及 温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合圏1 I尙宙臂施式换姐器1 -折旗把帳 2待廓 活一样体 4封生 5石一管檢固定板式换热器浮头式换热器浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端

3、管板可在壳体移动，因 而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器 结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生漏时不便检查；管束与壳体间 隙较大，影响传热。浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。填料函式换热器填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器 低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程介质有外漏的可 能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。EH I 4 頃H网成换蝕器1IB1塡料压盖 J斗一典料咸 3飙|创闊 恢U形管式换热器U形管式换热器，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。其缺点是管不便清洗，

4、管板上布管少，结垢不 紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，层管子损坏后不易更换。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合JM I 2 l割浮我换热脐122类型的确定所设计的换热器用于冷却苯，苯：入口温度80C，出口温度55C;水：入口温度30C，出口温度43C ;该换热器的管壁温和壳体壁温之差 满足Tm-tm=75-40=35C1530壳程0.21.50.5315按管程流速的推荐围，选管程流速为u=0.5m/s，所以管程数为m=u = 0.52取双管程U 0.2436.3确定管子在管板上的排列方式因管程为双程，故采用组合排列法，即每程

5、均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。 管子于管板采用焊接结构。据下表，管外径d0/mm19253238管心距a/mm25324048分程隔板两 侧相邻的管心距ac/mm38445260故管心距取 a=1.25d o=1.25 X 25=31.25 32mm隔板两侧相邻管心距 a c=44mm6.4壳体径的确定多管程结构壳体径按下式估算D=1.05a , nn式中n为管板利用率，取值围如下正三角形排列2管程 n =0.70.85取管板利用率n =0.8，则壳体径为D=1.05a n =1.0532 0.801 =378mm按壳体标准圆整取 换热器长径比丄二D 0.4D=400mm3 =7.

6、5，在推荐围610,壳卧式放置。6.5绘管板布置图确定实际管子数目实际排管数目为102根，扣除4根拉杆，则实际换热管数为98根。取管板厚度为40mm设管子与管板焊接时伸出管板长度为3mm所以换热器的实际传热面积为A二nn d0 ( 1 2X 0.04-2 x 0.003 ) =98x 3.14 x 0.025 x (3 2X 0.04 22管程实际流速i= nmqv di247.679926 0.502m/s98 空 0.02224管板布置图:6.6折流挡板采用弓形折流挡板,圆缺高度为：取弓形折流挡板圆缺高度为壳体径的 25%则切去x 0.003)=22.4mh=0.25 x 400=100m

7、m因壳程为单相清洁流体，所以折流板缺口水平上下布置。缺口向上的 折流板底部开一 90C小缺口，以便停车时排干净器残液。取折流板间距 B=150mm （0.2DBD。折流板数 N b二换热管长/折流板间距1=3000/150-仁19 （块）6.7其他附件拉杆直径换热管外径d0/mm10 d。 1414 d0 2525 d0 57拉杆直径d/mm101216拉杆数量公称直径DN/mm400400 700 900 130015001800拉杆直径d/mm、7009001300 1500 1800 200010461012161824124481012141816446681012根据上表选择拉杆直径

8、为16mm拉杆数量为4根，拉杆布置如附图所示。6.8管程6.8.1管程流体进出口接管。取管流速 u=1.8m/s ；7.67则接管径d仁如 I；一992.60.0740mV u * 3.14 1.8按管子标准圆整，取管程流体进出口接管规格为 83mmx3.5m无缝钢管6.8.2壳程流体进出口接管取管流速u=1.8m/s20000则接管径d20.0689 m按管子标准圆整，取壳程流体进出口接管规格为76mmx3m无缝钢管7. 换热器校核7.1换热器校核7.1.1计算传热温度差的校正P和t143 350.1788035R=It2 t180 553.12543 35根据P,R值，查温差校正系数图，=

9、0.96，因0.8,所以选用单壳程可行。 tm= t tm逆 0.96 27.626.5 C 7.1.2总传热系数K的计算 管传热系数Re=duP / 卩=(0.02 X 0.502 X 992.6) / (0.67 x 10-3) =14874Pr=cp / 入=(4.174 x 103x 0.67 X 10-3) / 0.632=4.42按式子计算a=0.023 入 /d i Re0.8 Prn流体被加热，则n=0.4ai=0.023入 /diRe.8Pr0.4=0.023x 0.632/0.02 x148740.8x4.420.4=2868W/(m. C) 管外传热膜系数按式子计算Re=

10、2X 1031x 106 时a=0.36 入 /deRg55Pr1/3(卩 / 卩 w)0.14管子按正三角形排列，则传热当量直径为4 三t2d。2,24。de=do寸 323.1424 (0.03220.0252)243.14 0.0250.02mS=BD(1- d/t)=0.150.04100250.0131m20.032壳程流体流速：20000u=qv/S= 3600 828.60.01310.512Re=du p /0.02 0.512 828.60.35210 324105331.841 103 0.352 10 3Pr=Cp a / 入=5.020.129壳程中苯被冷却，取(a /

11、 a wT4=0.95，贝S1a0=0 36 0129 241050.55 5.0230.95966.0 W/(m C)0.02 污垢热阻和管壁热阻从表中查得，管、外侧热阻分别取：R 2.0 10 4m. C /W,RO 1.7197 10 4nl C/W,已知管壁厚度0.0025m,取碳钢导热系数45.4W/(m. C) 总传热系数KK=卫乂 Rj归 aid,djdodmRo1a。252868 200.0002 250.0025 2545.4 22.50.0001721966.02511.7 W/(m.7.1.3传热面积校核所需传热面积A=Q/ （也tm） =5蔦爲18.9m2壳程流通截面积

12、：20前面已经算出换热器额实际传热面积A=22.4m，则A /A=竺41.1918.97.2壁温的计算换热器壁温可由下式估算t w=(a iTm+ a2t n) / (a i+a2)已知 ai = a0966w/ ( m. C)2a2=ai=2868 W/ (m. C)Tn=0.4 T1 +0.6T2=0.4 80 0.6 55 65 Ctm=0.4 t2 0.6t10.4 43 0.6 35换热器平均壁温为：38.2 C966 65 2868 38.2w=966286845.0 C壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即Tw= 65 C换热器壁温之差为： t=65-45.0=20.0 C7.

13、3核算压力降壳体壁温与7.3.1管程压力降p=( + p2)FtNSN已知 F = 1.4 , NS=1, NP=2, Ui=0.502m/s, Re=15585 (湍流)取管壁粗糙度0.1mm对于碳钢管,0.10.005d 20由上图Re关系图中查得0.036P1l ui2di0.036 丄 992.6 .5020.02 2675.4PaP23(乎)992.6 0.5022375.2PaPi(675.4 375.2) 1.4 2 2941.7Pa 10KPa2732壳程压力降已知Fs 1.15 Ns 1 有Po (P2)FsNs2PiFfb(NB 1)晋管子按正三角形排列F=0.5 , b=

14、1.1，圧 1.1/102 11.1折流挡板间距：B=0.15m折流挡板数：Nb 1942.14 104500Reo壳程流通截面积：S B(D bdo) 0.15 (0.4 11.1 0.025) 0.0184m2壳程流速：uo qv200000.364 S 3600 828.6 0.0184do uo0.025 0.364 828.60.352 10fo 5.0 Reo 0.2285.0 (2.14 104) 0.2280.515所以：P10.5 0.515 11.1(19 1)828.6 0.364223138PaP2Nb 3.52BDuo2193.52 0.150.4828.6 0.36

15、422868PaPo (31382868) 1.15 16907 Pa 10KPa从计算结果可看出，本设计设计换热器的管程和壳程的压力降都能满足 设计要求，均小于10KPa8. 课程设计总结初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是根据老师提供的模板，用新的数据代替 旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成 了。裕度 15，在合理围，但是，一看压力降，彻底崩溃了， 12 多千帕， 天啊，完全不合理。再细看模板和自己的设计的时候，发

16、现了很多问题， 我的设计根本是行不同，果真用这设计的话，也是谋财害命。所以我决定重新来过。这时离交作业还有三天，做出来的裕度居然 一直都在 50以上，重新分析计算的过程中也出现了几次错误，由于急 于求成，算出来后的结果偏离太多，检查才发现部分数据出现了错误， 而且老师给的模板里面也有一些错误，这样照搬下去的一些公式就除了 问题了，只好静下来认真地理解和消化原有的一些公式，这样又一次重 新算过。因此，有花了一天的时间在计算上。其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不少错误，但 是自己真的学到了很多东西，比如 word 文档公式的运用，比如如何使自 己的设计更加合理，这就要求自己在设计前要详细的考虑各种可能出现 的问题和解决办法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何查找数据 也很重要，假如自己查不到数据，接下来的工作完全没办法做，假如查 的数据是错误的，那设计出来的东西也是错误的，而且很可能导致严重 的后果。所以，没有什么事我们做不到的，关键的是，我们是否有用心 去做。第一次做课程设