煤油换热器的设计

1、化工原理课程设计 课题名称 煤油冷却器的设计 学院名称 化学化工学院 专业班级 学生姓名 指导老师 1 设计任务书 1.1设计题目：煤油冷却器的设计 1.2 设计任务及操作条件1.2.1 处理才能： 12万吨/年煤油1.2.2 设备形式：列管式换热器1.2.3 操作条件： 煤油：入口温度140，出口温度40 冷却介质：自来水，入口温度26，出口温度40 允许压强降：不大于100KPa 每年按330天计，每天24小时连续运行 1.3 选择适宜的列管式换热器并进展核算 1传热计算 2管、壳程确实定及管、壳程流体的阻力计算 3管板厚度的计算 4U型膨胀节计算浮头式换热器除外 5管束振动 6管壳式换热

2、器零部件构造 1.4 绘制换热器装配图A1图纸1.1课程设计的目的和要求课程设计是?化工原理?课程的一个总结性教学环节，是理论联络实际的桥梁，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的根本知识去解决某一设计任务的一次训练，有较强的综合性和理论性。它要求综合运用本课程和前修课程的根底知识，进展融会贯穿的独立考虑，在规定的时间内完成制定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。在整个教学方案中，它也起着培养学生独立工作才能的重要作用。课程设计，可以让我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计不同于平实的作业，在设计中需要自己做出决策，即自己确定方案、选择流

3、程、查取资料、进展过程和设备计算，并要对自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比拟，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以课程设计是增强工程观念、培养进步独立工作才能的有益理论。通过课程设计，可以训练进步如下几个方面的才能：1、熟悉查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式、当缺乏必要数据时，自己通过试验测定或产生现场进展实际查定的才能；2、在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进展设备选型，并提出保证过程正常、平安运行所需的检验和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施的才能；3、准确而迅速地进展工程计算的才能；4、. 用简洁

4、的文字，明晰的图表来表达自己设计思想的才能。1.2 化工原理课程设计的内容和步骤一课程设计的根本内容 1. 设计方案简介 对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进展简要的阐述； 2. 主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、设备的工艺尺寸计算及构造设计；3. 典型辅助设备的选型和计算 包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；4. 主体设备工艺条件图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接收表；完好的课程设计由说明书和图纸两局部组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要根据，应包括以下主要内容：1封面课程设计题目、班级、姓名、指导老师、时间 ；2目录；3设计

5、任务书；4设计方案简介；5设计条件及主要物性参数表；6工艺设计计算；7辅助设备的计算及选型；8设计结果汇总表；9设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；10工艺流程图及设备工艺条件图；11参考资料。二课程设计的步骤 1. 发动和布置任务； 2. 阅读指导书和查阅资料；3. 设计计算,绘图和编写说明书；4. 考核和辩论。整个设计是由阐述、计算和绘图三局部组成。阐述应该条理明晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表应能简要表达计算的结果。三 、概述3.1 换热器的开展及分类 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各换热器，且它们是这些行业的通用

6、设备，并占有非常重要的地位。随着我国工业的不断开展，对能源利用、开发和节约的要求不断进步，因此对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、构造改良及传热机理的研究非常活泼，一些新型高效换热器相继问世。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。它是将热流体的局部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局部，如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺和科学程度的限制，早期的换热器只能采用简单的构造，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的开展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积

7、具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业消费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，构造紧凑，传热效果好，因此陆续开展为多种形式。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，为理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场注意。 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速开展，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开展，换热器制造工艺得到进

8、一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃开展和广泛应用。此外，自60年代开场，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开展。70年代中期，为了强化传热，在研究和开展热管的根底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；镍合金那么用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开场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。换热器按用处不同可分为加热器、冷却

9、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构造特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展外表式换热器板翅式、管翅式等3.2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、本钱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。热管换热器是由壳体、热管和隔板组成的。热管作为主要的传热元件，是一种具有高导热性能的传热装

10、置。热管的传热特点是热管中的热量传递通过沸腾汽化、蒸汽流动和蒸汽冷凝三步进展。由于沸腾和冷凝的对流传热程度都很大，而蒸汽流动阻力损失又较小，因此热管两端温度差可以很小，即能在很小的温差下传递很大的热流量。因此特别适用于低温差传热及某些等温性要求较高的场合。热管换热器具有构造简单、使用寿命长、工作可靠、应用范围广等优点，可用于气-气、气-液和液-液之间的传热过程。在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。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；另一种流体那么温度较低，吸收热量。在工程理论中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的原理与前一种情形并

11、无本质上的差异。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿构造来分，主要有以下几种：1 固定管板式换热器固定板式式换热器是用焊接的方式将连接收束的管板固定在壳体两端。它的主要特点是制造方便、紧凑，造价较低。但由于管板和壳体间的构造原因，使得管外侧不能进展机械清洗。另外当管壁与壳体壁温之差较大时，会产生很大的热应力，严重时会毁坏换热器。固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，或膨胀节。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点：构造简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是干净不易结垢

12、的物料。 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的构造特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了假设干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。固定管板式换热器构造简单，制造本钱低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温

13、差而产生的热应力。固定管板式换热器的特点是：1、旁路渗流较小；2、造价低；3、无内漏；4、固定管板式换热器的缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。为了克制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，为平安起见，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，就应考虑其他构造。其构造如以下图所示：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，另一端可

14、以在壳体内自由伸缩，并在该端管板上一顶盖后称为浮头。这类换热器的应用范围广，能在较高的压力下工作，适用于壳体壁温与管壁温差较大或壳程易结垢的场合。浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆构造，使管束能容易的插入或抽出壳体。也可设计成不可拆的。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器构造较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头局部构造，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由挪动外，还必须考虑到浮头局

15、部的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=35mm。这样，当浮头出的钩圈撤除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进展检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进展装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。 钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的开展，以及长期以来使用经历的积累，钩圈的构造形式也得到了不段的改良和完善。 钩圈一般都为对开式构造，要求密封可靠，构造简单、紧凑、便于制造和拆装方便。 浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累

16、了丰富的经历。尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的开展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。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，因此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。其缺点为构造复杂，造价高。其构造如下：3 填料函式换热器这类换热器管束一端可以自由膨胀，构造比浮头式简单，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。其构造如下：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

17、困难，管板上排列的管子少。其构造如下所示：3.3 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；另一种流体那么温度较低，吸收热量。在工程理论中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的根本原理与前一种情形并无本质上的差异。 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，并占有非常重要的地位。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开展，对能源利用、开发和节约的要求不断进步，因此对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、构造改良及传热机理的研究非常活泼，

18、一些新型高效换热器相继问世。 随着换热器在工业消费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，并确定换热器的构造尺寸。 完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项根本要求： 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展热力学和流体力学的计算，经过反复比拟，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。其详细做法如下。 增大传热系数 在综合考虑流

19、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。 进步平均温差 对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可进步平均温差，还有助于减少构造中的温差应力。在允许的条件时，可进步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，采用适宜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。假如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平安可靠 换热器是压力容器，在进展强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国?钢制

20、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。这对保证设备的平安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程度或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆，在厂房挪动时不会受到楼梯、梁、柱的阻碍，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，假如有几种换热器都能完成消费任务的需要，这一指标尤为重要。 动力消耗与流速的平方成正比，而流速的进步又有利于传热，因此存在一最适宜的流速。 传热面上

21、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，故有必要停顿操作进展清洗。在清洗时不仅无法传递热量，还要支付清洗费，这局部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，假如孤立地仅从换热器本身来进展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展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展经济核算仍然是可行的。四、 换热器型式及流体流动空间的选择4.1一般设计步骤：4.11理解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。 4.12

22、由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 4.13决定流体通入的空间。 4.14计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据。4.15初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后再校核。4.16选取管径和管内流速。4.17计算传热系数K值，包括管程对流传热系数和壳程对流传热系数的计算。由于壳程对流传热系数与壳径、管束等构造有关，因此一般先假定一个壳程的对流传热系数，以计算K值，然后再作校核。4.18初估传热面积。考虑平安系数和初估性质，常取实际传热面积是计算值的1.151.25倍。4.19选择管长L。4.110计算管数N.4.111校核管内流速，确定管程数。4.112画出排管图，确定壳径

23、K和壳程挡板形式及数量等。4.113校核壳程对流传热系数。4.114校核有效平均温差4.115校核传热面积，应有一定平安系数，否那么需要重新设计。4.116计算流体流动阻力。如阻力超过允许范围，需调整设计，直至满意为止。4.2一般调整方案通常情况下，像温度、压降和传热系数等设计计算控制要素很少彼此较好地相配合，经常是某一设计要素为为设计计算的控制因素，由于一个简单的设计变得更能带来设备尺寸的减小，因此我们找出控制因素能尽快有效的帮你解决问题。（1） 传热系数为控制因素时总传热阻力的大小主要是由壳测、管侧、污垢和管子的金属阻力来决定的，为了进步总传热系数的大小，应分析是哪一侧的传热系数影响了它，

24、采用何种方法，可以进步传热系数值。a. 进步壳程传热系数的方法使用低翅管减小换热管外径和管间距进步B流速度可使用密封设备或减小壳体和折流板之间的间距选用F型和或G型壳体b. 进步管侧传热系数的方法减小管外径增加管长变换流动分布，管侧流动改为壳侧流动（2） 压力降变为控制因素时a 可通过下述方法来减小壳侧压力降使用双圆缺折流板使用TEMA J型壳体增加管间距改变流向角，可选用45或90b.可通过下述方法来减小管侧压力降增大管子外径减小管长温差推动力为限制因素时为进步温差推动力，最好选用纯逆流型设备。增加壳程数减小E流的大小4.3 换热器类型的选择固定管板式：其两端和壳体连为一体，管子侧固定于管板

25、上，构造简单。由于管束和壳体间温差太大会产生膨胀，所以外壳上通常会焊接一膨胀节，但不完全消除由于温差而生的热应力。其特点为在一样的壳体直径内，排管较多，比拟紧凑；壳侧层清洗困难，加上膨胀节的方法不能照到管子的相对挪动。比拟合适温差不大或温差大而壳层压力不高的场合。本次任务中两流体的温度变化：己烷热流体进口温度为68.7，出口温度为40；冷却介质水的进口温度为30，出口温度为40。该换热器用自来水作冷却介质，受环境影响，进口温度会降低，但不会太低，由此可知该换热器的管壁温度和壳体壁温之差较小，通过上一步骤中对换热器形式及特点的陈述，可选用固定管板式换热器，由于管束与壳体之间的温差较小不会产生不同

26、热膨胀，所以不必考虑加上膨胀节。4.4 流体流动空间的选择在管壳式换热器的计算中，首先要决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需遵循一些一般原那么。4.4.1宜于通入管内空间的流体不清洁的流体：因为在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间便于清洗；体积小的流体：管内空间的流动截面往往要比管外空间的截面要小，流体易于获得理想的流速，而且也便于做成多程流动。有压力的流体：管子承压才能强，而且还简化了壳体密封要求。与外界温差大的流体：可以减少热量的逸散。4.4.2宜于通入管间的流体当两流体温度相差较大时，值大的流体走管间，这样可以减少管壁与壳壁间的温度差，因此也减少了管

27、束与壳体间的相对伸长，故温差应力可以降低。假设两流体给热性能相差较大时，值霄的流体走管间，此时可以用翅片管来平衡传热面两侧的给热条件，使之互相接近。黏度大的流体，管间的截面和方向都在不断变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内的大。泄漏后危险大的流体，可以减少泄露时机，以保平安。根据所查得的资料，不干净或易于结垢的物料应流经易于清洗的一侧，对于直管一般走管内；温度较高的物料宜走管内一减少热损失，但要求被冷却的流体走壳程、黏度大的走壳程，且循环水易于结垢，所以使水走管程，煤油走壳程。根据所查得的资料，不干净或易于结垢的物料应流经易于清洗的一侧，对于直管一般走管内；温度较高的物料宜走管内一减少热损失

28、，但要求被冷却的流体走壳程、黏度大的走壳程，且循环水易于结垢，所以使水走管程，己烷走壳程。4.5 材质的选择列管式换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，应尽量少用。一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢：4.51碳钢价格低，强度较高，对碱性介质的化学性质比拟稳定，很容易被酸腐蚀，在耐腐蚀性的环境中应用是合理的。一般用10号和20号碳钢。4.52不锈钢奥斯体

29、系不锈钢以1Cr8Ni9为代表，它是标准的18-8奥斯体系不锈钢，有稳定的奥斯体系组织，具有良好的内酸碱性质。通过综合比拟，本次设计采用10号碳钢3 消费条件确实定 设计一列管式煤油换热器，完成年冷却12万吨煤油的任务，详细要求如下：煤油进口温度140，出口温度40；冷流体进口温度26，出口温度40；每年按330天计，24小时/天连续进展。4换热器的计算4.1确定设计方案1、选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40；冷流体进口温度26，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，大于50，因此需要考虑热补偿，设煤油压力为0.3MPa，冷却水压力为0.4

30、MPa。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。五 列管式换热器的计算5.1 确定设计方案1)冷却剂的选用：自来水1、选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40；冷流体进口温度26，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，大于50，因此需要考虑热补偿，设煤油压力为0.3MPa，冷却水压力为0.4MPa。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2、流程

31、安排本设计中的两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，冷却水一般为循环水，而循环水易结垢，为便于清洗，应采用冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。根据定性温度，分别插取壳程和管程流体的有关物性数据。煤油在90的有关物性数据如下：密度 0=825kg/m3定压比热容 Cpo=2.22kJ/(kg)导热系数 =0.140W/(m)粘度 =0. 71510Pas冷却水在33的有关物性数据如下：密度 i=994.6kg/m3定压比热容 Cpi=4.174kJ/(kg)导热系数 i=0.625W/(m)粘度 =0. 7523X10Pas方案一：三计算总传热系数1、热流量2、平均传热温差，并

32、确定壳程数。 逆流温差：由P与R可查表对数平均温度差校正系数值图可得：=0.89又因为=0.890.8 同时壳程流量较大，故取单壳程列管式比拟适宜。3、冷却水用量初选换热器规那么：根据管外为有机液体，管内为水，K值的范围是290700W/(m)初选K=400 W/(m)，故计算传热面积考虑15%的面积裕度，S=1.15*S=1.15x60.0=69.3m2工艺构造尺寸4.1管径和管内流速流体流速的选取表4-1 管壳式换热器中常用的流速范围介质流速循环水新颖水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油管程流速m/s1.0-2.00.8-1.50.5-31.00.8-1.80.5-1.5壳程流速，m/s0

33、.5-1.50.5-1.50.2-1.50.50.4-1.00.3-0.8表4-2 管壳式换热器中不同黏度液体的常用流速液体黏度/15001500-500500-100100-3535-115001500-500500-100100-3535-11最大流速/(m/s)0.60.751.11.51.82.4五 列管式换热器的计算5.1 确定设计方案1)冷却剂的选用：自来水2)换热器型式的选择：浮头式换热器3)流体壳程的选择：由于自来水较易结垢，为便于水垢的清洗，应使自来水走管程，煤油走壳程。4)流体流动方向的选择：二管程+单壳程5.2 计算过程1计算逆流传热的平均温度差校正传热平均温度差 由查图

34、5-1得=0.82， 因为0.800.82，满足要求。由此得： 图5-1 关系图0.8243.74=35.87(1) 计算定性温度 (2) 查出物料和冷却剂的物性参数物料名称煤油质量流量比热容粘度密度导热系数 查出冷却剂的物性参数密度粘度比热容导热系数(3) 计算热负荷 (4) 根据总传热系数K的大致范围，初选总传热系数=300W/() (5) 初算传热面积 考虑15%的面积裕度，S=1.15*S=1.15x89.3=102.7m2(6) 根据工艺条件，选取公称压力 PN=2.5MPa(7) 根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢(8) 由初算传热面积和选定的公称压力PN，根据管壳式换热器行业标

35、准TB/T4717,4715-92，初定换热器的工艺尺寸：1. 从行标中直接查取计算换热面积：S=922. 公称直径DN取600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)3. 管长L=6m4.管壁壁厚： 252.5mm5.总管数： n=1986.中心排管数：7.管子排列方式：正方形斜转45度排列8.管心距：t=32mm9.管程数：=210.壳程数：=111.折流板间距：h=150mm12.折流板型式：20圆缺形13.计算冷却剂的流量14.实际传热面积 15.假设选择该型号的换热器，那么要求过程的总传热系数为 17.核算总传热系数 1管程对流传热系数 2壳程对流传热系数换热器中心附近管排中流体流通截面

36、积 由正方形排列，得： 符合条件，那么可用以下公式计算壳程对流传热系数 取换热器列管之中心距t=32mm。 壳程中煤油被冷却，取，所以 3污垢热阻。 参考表5-3，管内外侧污垢热阻分别取为表5-3 常见流体污垢热阻流体Rsm2/kW流体Rsm2/kW水500.09清净的河水0.21蒸馏水0.09优质不含油0.052海水0.09劣质不含油0.09未处理的凉水0.58盐水0.172已处理的凉水0.26有机物0.172已处理的锅炉0.26熔盐0.086硬水、井水0.58植物油0.52气体0.26-0.53燃料油0.172-0.52空气0.26-0.53重油0.86溶剂蒸汽0.172焦油0.172 4

37、总传热系数 管壁选取碳钢作材料，那么其导热系数为 由前边的计算可知，选用该型号的换热器时要求过程的总传热系数为294.54，在规定的流动条件下，计算出的=，应选择的换热器是适宜的。平安系数为 5核算传热面积 根据核算后所得的总传热系数值计算 换热器面积裕度为方案判断：通过方案一和方案二比拟，由于方案一的裕度及平安系数4%15%及该方案不合理，而方案二的裕度及平安系数为18%，及满足裕度在15%25%的范围。所以选择方案二。由方案二的数据可以得：16.核算压强降 1管程压强降 ，其中=1.4，=2。 管程流通面积 湍流 设管壁粗糙度=0.1mm，图5-2中关系图中查得：=0.03 图5-2 关系

38、图 故 2壳程压强降 ，其中=1.15因为其为液体，=1 管子为正方形斜转45度角排列，故F=0.4 取折流板间距h=0.15m 壳程流通面积 因此： 计算说明，管程和壳程压强降均小于100kpa，满足设计要求。六、列管式换热器构造设计 6.1 折流板6.1.1流板和支持板的形式常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘一圆环形两种。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种，各种形式的折流板如图6-2,根据需要也可采用其他形式的折流板与支持板。图6-2采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，那么切去圆缺高度h=0.25D=150mm.取折流板间距B=0.25D,那么B=0.25600=

39、150mm，可以取B为150mm。折流板数NB=L/B-1=6000/150-1=39折流板圆缺面程度装配。折流板外径尺寸应该符合下表规定:表6-3表6-4考虑到腐蚀厚度1mm,选取折流板厚度为 8+1=9 mm,选取标准厚度10mm。6.1.2折流板分布折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接收。卧式换热器的壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应程度上下布置，假设气体中含有少量液体时，那么应在缺口朝上的折流板的最低处开通液口，如图 (a)；假设液体中含有少量气体时，那么应在缺口朝下的折流板最高处开通气口，如图(b),卧式 换热器、冷凝器和重沸器的壳程介质为气、液相共存或

40、液体中含有固体物料时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口，如图 (c)；6.1.3 折流板间距折流板最小间距一般不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm，特殊情况下也可取较小的间距。6.1.4 最大无支撑跨距换热管在其材料允许使用温度范围内的最大无支撑跨距，应按下表的规定：6.2 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：DN6002，曲面高度h1=150。如图6-1所示，材料选用20R钢。下封头常与裙座焊接，h2=25mm，材料选用20R钢。图6-16.3 圆筒壳径/mm600管子尺寸/mm252.5公称压强/MPa2.5管长/m60

41、公称面积/92管子总数198管程数2管子排列方法正方形斜转45度6.4 管材列管式换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢：1. 碳钢价格低，强度较高，对碱性介质的化学性质比拟稳定，很容易被酸腐蚀，在耐腐蚀性的环境中应用是合理的。一般用10号和20号碳钢。2. 不锈钢奥斯体系不锈钢以1Cr8Ni9为代表，它是标准的18-8奥斯体系不锈钢，有稳定的奥斯体系组织，具有良好的内

42、酸碱性质。不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，所以选择碳钢材料。6.5 换热管与管板的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。由于胀接收端处在焊接时产生塑性变形，存在着剩余应力，随着温度的升高，剩余应力逐渐消失，这样使管端处降低密封和结合力的作用，所以胀接构造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；焊接连接具有消费简单、效率高、连接可靠的优点。通过焊接，使

43、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，因为他并不能完全防止“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。这样不但能进步接头的抗疲劳性能，同时可以降低缝隙腐蚀倾向，因此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。当在压力和温度都很高的情况下，那么采用强度焊加贴胀。贴胀的作用主要是消除缝隙腐蚀和进步焊缝的抗疲劳性能。 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及性价比最终确定采用焊接