课程设计（论文）真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计

1、换热器设计第一章 设计概述1.1换热器简介1.1.1换热器的作用及分类在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，烟道气、高炉气、需要冷却的化学反应工艺气等余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热、供气、发电和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。换热器还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一,应用甚为

2、广泛。按换热设备热传递原理或换热方式分类，可分为以下几种主要形式：（1）直接接触式换热器这类换热器又称混合式换热器。这类换热器具有传热效率高、单位容积提供的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。（2）蓄热式换热器这类换热器又称为回热式换热器。蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气-气热交换的场合。如回转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。（3）间壁式换热器这类换热器又称表面式换热器。间壁式换热器式工业生产中应用较为广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。（4）中间载热体式换热器这类换热器

3、是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器。按传热表面结构特点分为以下几种方式：（1）管式:套管式、壳管式、蛇管式（2）板式（3）扩展表面式：板翅式、翅片管式及管带式（4）蓄热式按流程可以分为单流程和多流程。1.1.2固定管板式换热器在本设计中，按要求采用固定管板式换热器。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

4、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。固定管板式换热器有结构简单、排管多、紧凑、造价便宜，等优点。但由于结构紧凑，固定管板式换热器的壳侧不易清洗，而且当管束和壳体之间的温差太大时，管子和管板易发生脱离，故不适用与温差大的场合。图1为具有补偿圈的固定管板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热泵张不同时，补偿圈发生弹性变形，以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种热膨胀方式简单，但不适用于两流体温度差太大（大于70）和壳方流体压强过高（一般不高于600kpa）的场合。

5、 图1 带有温度补偿的固定管板式换热器1挡板；2补偿圈；3放气嘴1.1.3换热器的主要附件（1）换热管换热管的尺寸和形状对传热有很大影响，管径越小，单位体积设备的传热面积就越大，这意味着设备越紧凑，体积则越小，对流传热系数较高。但制造麻烦，且小管易结垢，不易机械清洗。所以对清洁的流体小管子为宜，对粘度大或易结垢的液体管径则可取的大些。目前我国列管式换热器系列标准中，所采用的无缝钢管规格多为19mm2mm和25mm2.5mm两种。换热器一般用光管，这样结构简单，制造容易，但对流传热系数较低。 管子在管板上的固定，原则是必须保证管子和管板连接牢固，不能在连接处产生泄漏，否则会给操作带来严重故障。目

6、前广泛采用胀接法和焊接法，在高温高压时有时也采用胀接加焊接的方法，近来出现了一种爆炸胀管法。胀接法是用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形。当取出胀管器后，管板孔弹性收缩，管板和管子就会紧紧挤压在一起，实现密封紧固。采用胀接时，管板硬度应比管端高，这样可免除在胀接时管板孔产生塑性变形，影响胀接的紧密性。胀接法一般多用于压力低于3.923 pa,温度低于300的场合。如果温度高，管子和管板会产生蠕变，胀接应力松弛而引起连接处泄漏。所以对高压、高温、易燃易爆的流体，换热管的紧固多采用焊接法。 当温度高于300或压力高于3.923 pa时，一般多采用焊接法。这

7、样可保证高温高压时连接的紧密性，同时焊接工艺较胀管工艺简便，管板孔加工要求低，且压力不太高时可使用较薄的管板，因此焊接法被广泛采用。但焊接法由于焊接接头处的热应力，可能会造成应力腐蚀和破裂，同时管板孔与管子间存在间隙。换热管在管板上可按等边三角形、正方形直列和正方形错列排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍流程度高，传热分系数大；正方形排列管外清洁方便。图2 换热管在管板上的排列（a）正三角形排列；（b）正方形直列；（c）正方形错列（2）管板列管式换热器的管板一般用圆平板，在上面开孔以装设换热管束，管板又与壳体连接。管板与壳体的连接方法与换热器的形式有关。对固定管板式换热器，常采用不可拆连接方

8、式，即直接将两端管板焊接在壳体。对浮头式、u形管式换热器，由于管束要从壳体中抽出，故常用可拆连接方式，即把管板夹于壳体法兰与顶盖法兰之间，用螺栓紧固，必要时卸下顶盖就可把管板连同管束从壳体中抽出。（3）折流挡板为了加大壳程流体的速度，增强湍动程度，以提高壳程流体的对流传热系数，往往在壳程内装置折流挡板。另外折流挡板对换热管束还起着支撑作用，可防止管子的变形。不利的是挡板的存在使流体阻力增加，另外挡板和壳体间、挡板和管束间的间隙如过大，部分流体会从问隙中流过，产生旁流，严重时反而会使对流传热系数减小。折流挡板形式较多，主要有两种，一种是横向折流挡板，壳程流体横向流动；另一种是纵向折流挡板，壳程流

9、体平行流过管束。（4）主要附件封头 封头有方形和圆形两种。方形用于直径小(一般小于300mm)的壳体，圆形用于大直径的壳体。由于在清洗和检修管束时需将封头拆下，所以封头结构应便于拆装，一般通过法兰与壳体连接。导流筒 在壳程流体进、出口和管板间必存在一段流体不能流动的空间(死角)，这显然对传热不利。所以常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必然经过这个空间，尽量消除死角，提高传热效果。放气孔、排液孔 在换热器的壳体上常安装放气孔和排液孔，以排出不凝气体和冷凝液体。支撑板、缓冲挡板 一般卧式换热器都有折流挡板，它既起折流作用，又对换热管起支撑作用。但当工艺上无折流挡板的要求，例如冷凝器，而管子又

10、比较细长时，应设置一定数量的支撑板，以便于安装管子和防止管子变形。缓冲挡板是为了防止壳程流体进人换热器时对管束的冲击，在进料管口设置，但距壳壁不应太近(不小于30rnm)缓冲挡板有圆形和方形两种。导流筒由于是将流体导至管板处才进入管束间，所以对流体流入壳程时也起着缓冲作用。有时将壳程接管在入口处加以扩大，做成喇叭形，也是为了缓冲目的。 换热器的其它零部件还有壳体、接管、膨胀节、支座、法兰和法兰盖等。1.2管壳式换热器设计时应考虑的问题1）流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例)。(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清

11、洗管子。(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低re(re100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体流径时，上述各点常不能

12、同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便做出较恰当的选择。2）流体流速的选择流体的流速对传热来说非常的重要，因为在滞留层的传热是一热传导为主，热传导的传热速率小于对流传热。所以如果流速太小它形成的滞留层会很厚，会大大减小传热速率，又因如果流速太小杂质会在壁面沉积也会导致传热速率的下降，提高流体在换热器中的流速，可以增大对流体传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增加，所需要传热面积减少，设备费用降低。但是流速增加，流体阻力将相应加大，使操作费用增加。所选择流速时应该综合考虑。下表列出

13、工业一般采用的流体流速范围。液体的种类一般液体易结垢液体气体流速ms管程0.531530壳程0.21.50.53151.3管壳式换热器的选用和设计计算步骤1）了解生产任务、工艺特点和基本数据冷、热流体的流量，进出口温度，操作压力；冷、热流体的已知物性参数；冷热流体的工艺特点，包括腐蚀性、悬浮物含量、有无相变等。2）确定流体流动途径(流程)，确定换热器类型3）进行选择设备型号的有关计算 计算两流体的定性温度，在此温度下查取流体的有关物性参数，如密度、粘度、比热容、导热系数等。根据生产换热任务计算热负荷。计算对数平均温度差，并根据温差校正系数不应小于.的原则决定壳程数。根据总传热系数k值的经验数值

14、范围，初步选定总传热系数k值根据总传热速率方程，由初选的f值，计算出传热面积，由此在换热器系列标准中初步选出合适的设备型号。计算管程、壳程压力降。根据初选的换热器型号，计算两流体的流速和压力降，检查计算结果是否合理或是否满足工艺要求。若压力降不符合要求，则要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或另选一种规格的换热器，再重新计算压力降，直至满足要求为止。核算总传热系数。分别计算管程、壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，计算总传热系数，并与开始初选的总传热系数进行比较。如果相差较多，则应再次设定总传热系数，重复以上计算步骤，直至接近为止。计算传热面积。根据核算后的k值与总传热速率方程，求出完成换热任

15、务所需要的换热器面积a，再与所选换热器的实际面积a进行比较，一般a/a=1.151.25,以留一定的裕量。1.4本设计的目的及意义本设计研究的目的主要是针对给定的固定管板式换热器设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的传热计算、壁厚设计和强度校核等设计，基本确定固定管板式换热器的结构。通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料选择、壁厚计算和强度校核。对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、传热管和管板等结构进行设计，对换热器进行开孔补强校核。绘制符合设计要求的固定管板式换热器的图纸，给出相关的技术要求。在固定管板换热器的结构设计过

16、程中，要参考相关的标准进行设计，比如gb-150、gb151，使设计能够符合相关标准。同时要是设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。通过设计过程要达到熟悉了解换热器各部分结构特点及工作原理的目的。本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实的基础。第二章 设计任务及条件1） 蒸发系统流程及有关条件：见附图12） 系统生产能力：30万吨/年3） 操作条件： 有效生产时间：3

17、00天/年，每天24h连续运行 卤水：入口温度：61；出口温度：71；流速不低于0.5m/s；卤水物性随温度的变化按水的变化规律推算 加热介质：饱和水蒸汽，84.5kpa 采用单管程固定管板式列管换热器；换热管直径选为38mm3mm4） 设计内容：效预热器组第二台预热器的设计： 设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器形式进行简要论述 换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积 换热器的主要结构尺寸设计 主要辅助设备选型 绘制换热器总装配图第三章 换热器设计过程相关计算3.1确定设计方案1）选定换热器类型两流体温度变化情况：冷流体（卤水）入口温度为61，出口温度为71；热流体（饱和水蒸气）压强为84

18、.5kpa，查饱和水蒸气表注并进行插值计算求得此时水蒸气温度为95.08，饱和蒸汽冷凝为该饱和温度下的冷凝液离开换热器。两流体的定性温度如下：卤水的定性温度饱和蒸汽的定性温度两流体的温差因此不必考虑热补偿，按要求采用固定管板式列管换热器。2）选定流体流动空间及流速因卤水为易结垢工质，为便于污垢清晰，故选定卤水走管程，饱和蒸汽走壳程。同时按要求选用38mm3mm的较高级冷拔碳钢管，管内流速取ui=1.0m/s。3.2确定物性数据查化工原理附录注1并进行计算，两流体在定性温度下的物性数据见表1。表1 两流体在定性温度下的物性数据 物性流体定性温度/密度/(kg/m3)粘度/mpas定压比热容/kj

19、/(kg)热导率/w/(m)卤水661166.181.9813.3980.6085 物性流体定性温度/密度/(kg/m3)冷凝热kj/kg饱和蒸汽注295.080.50532268.43.3计算总传热系数1）卤水质量流量：已知系统生产能力为30万吨nacl/年；每升卤水中含nacl293.76g；生产时间为300天/年，每天24h连续生产；进入效的卤水为总量的54%。由以上条件可算得卤水质量流量为：mi=3108118030024293.7654%=90379.9kg/h2）热负荷按管程卤水计算，即：q=m1cp1t1-t2=90379.93.39810=3070837.862kj/h=853

20、.01kw3）平均传热温差4）饱和蒸汽用量o=qiho=3070837.8622268.4=1353.746kg/h5）总传热系数k管程传热系数ire=diuiii=0.0321.01166.181.98110-3=18836.8910000 所以运用迪特斯和贝尔特关联式：i=0.023idi(diuiii)0.8cpii0.4=0.0230.6076290.03218789.90.83.3971031.9811030.60850.4=3008.69w/(m2)壳程对流传热系数o参考化工原理注，假设壳程对流传热系数o=污垢热阻查阅化工原理附录注，rsi=rso=0.859810-4m2/w管壁

21、导热系数=45w/(m)总传热系数kk=1doidi+rsidodi+bdodm+rso+1o=10.0383008.690.032+0.859810-40.0380.032+0.0030.038450.035+0.859810-4+110000=1324.31w/(m)3.4计算传热面积考虑15%的面积裕度，s=1.1522.375=25.73m23.5工艺结构尺寸的计算1）管径和管内流速选用38mm3mm的传热管（碳钢），取管内流速ui=1.0m/s2）管程数和传热管数按要求，管程数为1；取换热管长为6m，则换热管数n：3）壳程数采用单壳程结构4）传热管排列方法换热管按正三角形排列。取管心

22、距t=1.25do，则t=1.2538=47.5(mm)横过管束中心线的管数5）壳体内径d=tnc-1+2b=47.56+238=361mm圆整可取d=400mm6）接管壳程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为u=30m/s，则接管内径为：d=4vu=41353.746/(36000.5053)30=0.03(m)取标准管径为30mm。管程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为u=1m/s，则接管内径为：d=4vu=490379.9/(36001166.18)1=0.052(m)取标准管径为50mm。第四章 换热器核算4.1 热量核算 管程对流传热系数i管程流通截面积:si=40.032236=0.

23、02895m2管程流体流速：re=diuiii=0.0320.751166.181.98110-3=13939.3010000所以运用迪特斯和贝尔特关联式：i=0.023idi(diuiii)0.8cpii0.4 壳程对流传热系数o由于换热管的导热系数与管内外对流传热系数相比都很小，所以可将管壁温度视为恒定，下面对管壁温度进行估算：其中，假设，则定性温度为：水在此定性温度下的物性数据如下表： 物性流体定性温度/密度/(kg/m3)粘度/mpas汽化热/(kj/kg)热导率/w/(m)水90.5965.30.31652281.30.6804利用公式：=0.725(32grnmdot)14其中，n

24、m为水平管束在垂直列上的平均管束：nm=n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7n10.75+n20.75+n30.75+n40.75+n50.75+n60.75+n70.754=0.72532grnmdot14=0.725(0.68043965.329.812283.110331.6510-50.03895.076-866)0.25=8319.9w/(m2) 传热系数koko=1doidi+rsidodi+bdodm+rso+1o =10.0382364.60.032+0.859810-40.0380.032+0.0030.038450.035+0.859810-4+18319.9=1290

25、.35w/(m) 传热面积s该换热器的实际换热面积sp=doln=3.140.038636=25.79m2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。4.2 换热器内流体压降核算 管程流动阻力对于多管程换热器，其总阻力式中，为因直管摩擦阻力引起的压降，pa；为因回弯阻力引起的压降，pa；ft 为管程结垢校正系数，量纲为一，对25mm2.5mm的管子，ft=1.4；对19mm2mm的管子ft=1.5，：ns为串联的壳程数；np为管程数。式中的直管阻力可按一般摩擦阻力公式计算；回弯阻力由下面的经验公式估算，即在本设计的换热器中，；对38mm3mm的管子其ft应该小于25mm2

26、.5mm的管子，因此在这里取38mm3mm的管子的ft=1.4进行核算。 re=13939.3010000，为湍流；ui=0.75m/s；=1166.18kg/m3；对于碳钢管，取管壁粗糙度为 相对粗糙度： 查化工原理第一章re关系图，得i=0.034w/(m)，所以：因此管程流体流动阻力在允许范围之内。 壳程流动阻力壳程流动阻力的计算公式很多，而且壳程流体的流动状况较为复杂，用不同的计算结果差别很大。通常采用的埃索计算公式为：其中 式中，为流体横过管束的压降，pa；为流体通过折流挡板缺口的压降，pa；为壳程结垢校正系数，量纲为一，对于液体,对于气体或者蒸汽；为管子排列方式对压降的校正系数，对

27、于正三角形排列，对转角正方形排列，对于正方形排列；为壳程流体的摩擦系数，当时，其中；为折流挡板；为折流挡板间距，m；为按壳程流通截面积计算的流速，而查阅文献得知，壳程为蒸汽冷凝过程，可不计算阻力，故可忽略壳程压降。根据文献资料，进一步的深入探讨分析得知，壳程为蒸汽冷凝时，水由水蒸气变为液态水，体积发生巨大改变（在本换热器中，两者体积差近万倍）。故水蒸气与冷凝水的流速存在巨大差异。由于无折流挡板，故壳程流动面积：故蒸汽在壳间流动的流速。又因为壳程压强降，其中，压降计算中均包含流速项（包括直管压降以及流经折流挡板压降），此时流体具有极低的流速，且没有添加折流挡板，故可忽略压降的计算，所以壳程压降可

28、视为为0。第五章 换热器其他参数及附件的选用5.1壳体壁厚的确定 选取设计压力，壳体材料为q235， ；焊缝系数（单面焊），腐蚀裕度，所以=3402113000.65-3+2=0.2cm5.2 管板的确定查阅换热器设计手册，对于换热管与管板胀接的连接方式，当换热管采用38mm外径时，管板最小厚度为25mm。又由于壳程操作压力较低，故管板厚度选用25mm.，公称直径为500mm。同时，为了提高换热管的抗拉脱力以及增强密封性，对管控进行开槽。对外径38mm的管子，可开0.6mm的槽。因为壳程走的是洁净的蒸汽，故管束不必定时清洗。所以此处采取固定式管板。同时使管板兼做法兰，从而降低成本，简化制造。5

29、.3 接管 壳程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为u=30m/s，则接管内径为：d=4vu=41353.746/(36000.5053)30=0.03(m)取标准管径为30mm。 管程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为u=1m/s，则接管内径为：d=4vu=490379.9/(36001166.18)1=0.052(m)取标准管径为50mm。5.4 折流板及支撑板的确定：通过计算可知，此换热器壳程为水蒸气冷凝对流传热，传热系数较大，所以不考虑添加折流挡板。然而换热管较细长，考虑添加一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形。同时设计的换热器中壳体和管束之间的间隙过大，为防止流体短路，因而考虑采用

30、旁路挡板。对于本换热器中38mm外径的换热管，经查换热器设计手册可知其最大无支撑跨距为2500mm。而本换热器选用的是6m的碳钢管，超过了其最大无支撑跨距。故此处应添加支撑板来放置换热管产生过大的挠度。此时在换热器的中间添加两块支撑板即可满足需要。同时通过查阅换热器设计手，对于600mm的壳体内径和2500mm的换热管最大无支撑跨距，所选的支撑板的最小厚度应不小于12mm，本设计选13mm。支承板的常用形式有弓形、圆盘圆环形和带扇形切口三种。5.5 拉杆的直径和数量与定距管的选定支承板的固定是由拉杆定距管结构来完成的。对于换热管外径的管束，拉杆常用的结构型式为拉杆定距管结构。对的碳钢管，拉杆选

31、用碳钢拉杆，数量为4条。拉杆直径d/mm数量基本尺寸拉杆螺纹公称直径/mm/mm/mm/mm1641620602.0拉杆的布置：拉杆应尽量布置在管束的外边缘定距管尺寸：定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。此时即的碳钢管作为定距管。5.6 排液管的确定为提高传热效率，排除或回收工作凝液，应在壳程的最低点设置排液接管。排液接管的端部必须与壳体内壁平齐，其结构尺寸如下图所示。排液口的尺寸一般不小于。本换热器中选取15mm直径的排液孔即可以满足要求。5.7 封头的确定本换热器选用应用最广的标准椭圆封头。封头的高度按照标准选用0.25d，即为100mm。封头的侧面积选用，即为0.173m2。

32、封头体积通过标准计算，即为0.008m3。封头与筒体的连接：封头与筒体的连接形式有两种:焊接连接和法兰连接。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修，但造价较高，密封性能较差。此处选用焊接连接的方法。焊接连接设备结构简单、造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，为此常在封头上开设人孔。5.8 支座的确定公称直径的立式换热器，采用两个支座。5.9 防冲板的设定：换热器管内流体进出口的空间成为管箱。其深度有一定的要求，满足流通面积的需要。其结构应便于装拆。壳程流体进出的设计会直接影响换热器的传热效率和换热管的寿命。缓冲接管、旁路挡板防止流体对换热管造成很大的冲刷。导流筒用于消除死区，充分利用换热面

33、积，防止流体对换热管造成很大的冲刷。防冲板或导流筒的选择：（1）管程设置防冲板的条件：当管程采用轴向人口接管或换热管内流体流速超过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。）（2）壳程设置防冲板或导流筒的条件：当壳程进口管流体的值。为下列数值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒。a） 非腐蚀 、非磨蚀性的单相流体，b) 其他液体，包括沸点下的液体，者。有腐蚀或有磨蚀的气体，蒸汽及汽液混合物，应设置防冲板。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，以减小流体停滞区，增加换热管的有效换热长度。防冲板的直径或边长，应大于接管外径50mm,防冲板的最小厚

34、度：碳钢为4.5m m，不锈钢为3m m,防冲板的固定形式为：a) 防 冲 板的两侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管板的第一块折流板上；b） 防 冲 板焊在圆筒上；c） 用 u 形螺栓将防冲板固定在换热管上。导流筒一般有内导流筒和外导流筒两种形式：a) 内 导 流筒导流筒外表面到壳体圆筒内壁的距离宜不小于接管外径的1/3,导流简端部至管板的距离，应使该处的流通面积不小于导流筒的外侧流通面积。b) 外 导 流筒内衬筒内表面到外导流筒的内表面间距为：接管外径200mm时，间距不小于50m m;d200 mm 时 ，间距不小于75mm,立式外导流换热器，应在内衬筒下端开泪孔。防冲板的设定：管程

35、设置防冲板的条件：当管程采用轴向入口或换热管内流体流速超过3m/s时，应设防冲板，以减少流体不均匀分布和对换热管端的冲蚀。本设计采用横向入口，且换热管内流速小于3m/s。故管程不需设置防冲板。壳程设置防冲板或导流筒的条件：对蒸汽应设置防冲板。故此处应在壳程添加防冲板。本换热器接管为直管，选择将防冲板焊接在壳体上。防冲板外表面到圆筒内壁的距离根据下式计算，且不小于接管外径的1/4.式中 h防冲板在壳体内的位置尺寸，mm h壳程进口接管内径与壳体内径相交的弓形高度，mm 接管内径，mm代入数据计算得h=9.5mm防冲板的最小厚度，碳钢为4.5mm第六章 初步经济衡算一个成功的设计既要顺利地完成生产

36、任务，又要在经济上为企业带来利润，同时还要兼顾环境保护，社会发展等因素。因此，对一个设计项目进行经济评价分析显得尤为重要。6.1 项目概况本项目为卤水真空蒸发制盐系统，生产国内市场必需的无机盐产品，生产规模为年产30万吨，生产期按10年计，计算期10.5年。6.2 计算期计算期包括建设期和生产经营期，根据项目实施计划建设期确定为0.5年，生产运营期确定为10年，项目计算期为10.5年。6.3 目标市场及产品售价本项目生产产品为国内市场必需的无机盐产品，生产规模为年产30万吨。产品销售价格根据财务评价的定价原则，预测判生产期初的市场价格，每吨出厂价（不含税）为450元（按nacl99.3%的纯度

37、选定）。6.4 产销计划产品产销率按100%考虑。6.5 费用与效益估算6.5.1 总成本费用1原材料化工料及辅助料 原材料为碳钢板，钢管，法兰，垫圈等制作换热器的基础零件。化工原料为入口温度35的精制卤水。辅助料为来自热电站的生蒸汽。2燃料及动力动力费，包含打压卤水的离心泵动力费用以及制造负压状态的真空泵动力费用。3制造费用制造费在本设计任务书中即为换热器的制造费用。包括壳体、换热管、管板、封头等主要部件，以及防冲板，支撑板，支座等附件的购买加工费用。4生产员工的工资及相应的附加费5固定资产折旧费，修理费及大修基金（1）化工企业的大修，指对化工厂全厂或某些车间进行大规模的修理或改造。通常分两

38、种情况：1. 对重要问题随时进行不停产大修。2. 对重要问题，集中时间进行全面停产大修。对于本次设计中的预热器，由于通过管程的卤水易结垢，故需定期进行管程清理。同时，由于盐水的腐蚀和磨损，也会进行不定期的换热管更换。此外，在生产过程中对于有可能出现的泄漏，堵塞等问题也应进行技术处理进而产生相关维修费用。因此，即便今年不大修，但也必须在今年的产品中分摊一部分基金，供后续年份需要大修时集中使用，这就是“大修基金”。（2）折旧费用。投入固定投资而形成的固定资产，采取折旧的形式摊销到每吨化工产品中，而达到逐步收回企业固定资产（绝大部分固定投资）的目的。对化工类企业一般采取的是直线折旧。直线折旧的年折旧

39、率（1固定资产残值率）/折旧年限直线折旧每年的折旧费固定资产原值年折旧率。化工类企业的固定资产残值率一般取38；化工类企业的折旧年限一般取15年；6车间经费费用车间内部的管理费及业务费用。主要包括车间管理人员（车间二线人员）的工资及相应附加费用；车间办公费用；车间分析化验费；车间试验研发费用；日常小型修理费用等。7企业管理费用企业厂级的管理费及业务费用。主要包括厂级管理人员的工资及相应附加费用；企业厂级办公费用；研发费用；职工教育费用；财务费用等。8销售费用化工产品从进入企业成品库一直到销售出去，所发生的费用。一般包括：营销费（包括销售人员工资及附加、销售提成等）；广告费；运输费（及运输保险费

40、）；运输包装费；展览费等。6.5.2销售收入和税金1、 市场分析海水中提取出的无机盐产品包含钠镁氯溴等无机盐，是其他化工建筑医药等行业所必需的原材料。近些年随着我国经济的迅速增长，各行业对原材料的需求量也有大幅增加。因此本设备产出的产品及副产品均有广大的市场。2、 销售收入根据产品方案，产品销售价格依据据财务评价的定价原则，预测判生产期初的市场价格，每吨出厂价（不含税）为450元。故年产品销售收入为135000000元。（1） 增值税按国家规定计取，产品增值税税率为17。（2） 城市维护建设税城市维护建设税取增值税的5（3） 教育费附加教育费附加按增值税的3计取。我们要在设计中兼顾节约成本，提

41、高产率，保护环境，促进发展等多方面的因素。通过经济核算可以使我们获得更为优化的设计计划。第七章 换热器主要结构尺寸和设计结果换热器形式：单管程固定管板式列管换热器管口表换热面积/ 25.79符号尺寸用途工艺参数abc d e f 卤水进口冷凝液出口蒸汽进口卤水出口排污口排气口名称物料名称操作压力/kpa操作温度/流量/() 管程 卤水 101.361-7190379.9 壳程 水蒸气 30.0 95.08 0.1090流体密度/ 1166.18 0.5053附图流速/（m/s) 0.75 2.64 传热量/kw 853.01总传热系数/ 1290.35导热系数/ 0.6085 0.02146传热系数/2367.6 8319.9污垢系数/阻力降/pa 4304.7 0推荐使用材料 碳钢 碳钢管子规格管数：64管长6000mm壳体内径/mm 400管子排列方式正三角形支撑板数量 2个厚度/mm 13第八章 设计心得体会在上学期对换热器的学习结束之后，本学期的小学期期间，老师给我们布置了这次的换热器设计作业。之前，我们已经做过了一次泵的设计任务，因此对于这次的