列管换热器设计说明书

1、长春工业大学 化学与生命科学学院 课程设计列管换热器设计说明书1、 列管换热器概述2、 设计部份1、原始数据2、确定方案，初算换热器的传热面积，主要工艺及结构基本参数的计算3、列出所设计换热器结构基本参数4、总传热系数的校验5、换热器主要构件尺寸与接管尺寸的确定6、管壳程压强降的校验7、列管换热器结构及机械设计8、有关文献汇总9、参考文献10、总结1、 列管换热器概述用于冷热流体的热量交换的换热器又称为热交换器，是工业生产中实现物料之间热量传递的一种工业设备。在换热设备中，应用量广泛的是列管换热器。优点：1.选材范围广 2.换热表面清洗方便 3.适应性强 4.处理能力大 5.结构简单，造价较低

2、 6.历史悠久、使用经验成熟 7.能承受高温和高压等特点缺点：1.换热效率低 2.紧凑性与金属消耗量等方面不及高效紧凑性换热器。2、 设计部分1、原始数据煤油处理能力V=相对分子质量Mr=170密度1=825kg/m粘度1=7.15×10-4Pas平均导热系数1=0.14W/m平均比热容Cp1=2.22KJ/kg进口温度T1=110出口温度T2=40 允许压强降 P=5×105Pa 每年按330天计，每天24小时连续运行自来水入口温度t1=25出口温度t2=402、确定方案，初算换热器的传热面积，主要工艺及结构基本参数的计算项目数据及公式出处说明及计算结果根据任务要求，确定

3、设计方案冷却水介质的选择及其理性参数查化工原理（第二版）上册，天津大学出版社P317t=37.5换热器类型的选择查化工原理（第二版）上册高等教育出版社P225由于两流体分差不大于50，所以选用固定管板式换热器根据任务要求，确定设计方案流动路径的选择煤油被冷却，阻压力降不允许超过5×105Pa，且1=7.15×10-4Pas，所以按煤油走管内，而冷却水为自来水，安排走管间流速的选择查化工原理课程设计P841煤油在管内流速取：1=0.5m/s1=0.5m/s初算换热器的传热面积S热负荷及冷却介质消耗的计算生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P16煤油质量： 热负荷：冷

4、却水的消耗量：计算平均温度差tm并确定管程数查化工原理课程设计P226温度校正系数为t=0.87>0.8可见用双壳程合适（选逆流）。因此平均温差初算换热器的传热面积S按经验数据值初选总传热系数K（估）生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P17满足任务书要求的总传热系数K的经验数值290-580W/m之间选取：初算出所需传热面积S查常用化工单元设备设计华南理工大学出版社P10主要工艺及结构基本参数的计算换热器数量及长度的确定查常用化工单元设备设计华南理工大学出版社P15选用25×2.5mm钢管查化工单元过程设备课程设计（第二版）化学工业出版社P46生物（食品）工程原理课

5、程设计指导书长春工业大学P18管数：管长： 管子排列方式及管子与管板连接方式的选用查常用化工单元设备设计管子的排列方式：采用正三角形排列管子与管板的连接:采用焊接法主要工艺及结构基本参数的计算计算外壳内径D查常用化工单元设备设计P50或生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P23查常用化工单元设备设计P51或生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P23管中心距：横过管束中心结构的管数：取n=管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离：按壳体内直径标准系列尺寸圆整：取D=L/D在4-25范围之间L/D=管长经比合适画出排管图拉杆的直径和数量与定距管的选定查常用化工单元设备设计P3

6、0，表1-17或生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P26选用12mm钢拉杆，数量6根，定距管采用与换热管相同的管子，即25mm×2.5mm钢管折流板直径D数量及其尺寸有关尺寸的确定查常用化工单元设备设计P28，P29选取折流板与壳体间隙为2.0mm，折流板直径Dc=400-2×2.0=396mm切去弓形高度：h=0.25D=0.25×400=100mm折流板数量：取折流板间距：h0=300mm那么实际折流板间距：温度补偿的选用查常用化工单元设备设计P31由于故不需要考虑设置温度补偿圈不需要设置温度补偿圈3.换热器结构基本参数外壳直径 mm换热面积 m2

7、换热管数量管长 mm管子规格管中心距 mm壳程数折流板数量折流板间距 mm管程数管子排列方式正三角形拉杆数量拉杆直径 mm定距管与换热管相同规格旁路挡板（无）防冲板（无）直径或边长：最小厚度：材料：通过管板中心的管子数nc=4总传热系数的校验项目数据及公式出处说明及计算结果计算过程对流传热系数生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P27，P28查化工原理（第二版）上册高等教育出版社P238计算壳程对流传热系数a0生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P27，P28查化工原理（第二版）上册高等教育出版社P241水的体积流量：计算壳程对流传热系数a0查化工原理（第二版）上册高等教育

8、出版社P238因为Re2在2×103-1×106范围内，故引入下列计算 确定污垢热阻查化工原理（第二版）上册高教P326RSI=RSO=确定导入系数查化工原理（第二版）上册高教钢管导入系数计算总传热系数K查常用化工单元设备设计P19或查化工原理（第二版）上册高教P223换热器裕度查常用化工单元设备设计P105.换热器主要构件尺寸与接管尺寸的确定项目数据及公式出处说明及计算结果简体（壳体）壁厚的确定生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P24选取设计压力P=0.9MPa，壳体材料为Q235，查得其相应的许用应力【】=113MPa，焊缝系数=0.65（单面焊）腐蚀裕度；

9、C=30.5=3.5mm所以根据钢板厚度标准，取厚度为10mm，即（壳）=10mm（壳）=10mm流体进出口接管的直径计算确定生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P27自来水：1.0-1.5m/s低粘度：1.5-3.0m/s煤油进出口接管d1，取u1=1.5m/s经圆整采用45×3.5mm无缝钢管。实际煤油进出口管内流速为：自来水进出口管内d2，去u2=1.0m/s经圆整采用57×5mm无缝钢管。实际自来水进出口管内流速为：6.管壳程压强降的核验项目数据及公式出处说明及计算结果管程压强降生物（食品）工程原理课程设计指导书长春工业大学P31查化工原理（第二版）上册高

10、教P267查化工单元过程及设备课程设计（第二版）化学工业出版社P58查化工原理（第二版）上册高教P48由上述结果可知：管程数 ，串联壳程数 ,对于的换热管结构校正系数为换热器为 管程；取壳程压强降查化工单元过程及设备课程设计（第二版）化学工业出版社P58根据上述结果可知，管排列方式对压强降的校正因子 （正三角形排列）当 时，用下式7.列管换热器结构及机械设计项目数据及公式出处说明及计算结果结构设计及计算参照化工单元过程及设备课程设计P133,4-26（a）参照化工单元过程及设备课程设计P115,4-31（a）参照化工单元过程及设备课程设计P117,4-33（c）P120，表4-21化工设备设计

11、基础P125，附表5化工单元过程及设备课程设计P81，图4-37,4-38.P123P125，图4-39，表4-25，P123,4-23，P126,4-26（1） 传热管与管板的连接 由于管孔不需开槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，因此制造加工较方便。且焊接结构强度高，抗拉托力强，在高温高压下能保证连接触处的紧密性和抗拉托能力。当官管子焊接处有泄漏，可以补焊。罐子破漏，可以用专门刀具划掉焊链，重新更换新管子。 管子与管板的焊接其焊链的剪切断面应不低于管子断面的1.25倍，即：其中：计算得：（2） 管板与壳体及管箱的连接A.管板与壳体的连接：本换热器为固定管板式换热器，采用

12、延长部分兼作法兰的管板。B.管板与管箱的连接：固定管板式换热器的管板与管箱法兰的连接形式比较简单，除了满足工艺上要求选择一定的密封面形式外，除压强、温度选用法兰的结构形式（3） 管箱结构与尺寸采用B型封头管箱，管箱最小长度计算： 得 。计算得 管箱最大长度计算：根据化工单元过程及设备课程设计P81，图4-37,4-38 可得 （4） 法兰及垫片的选择 A.法兰的选择：法兰选用JB4703-200，参照化工单元过程及设备课程设计P123 B.垫片的选择;参照化工单元过程及设备课程设计P125，图4-39，表4-25，P123,4-23，P126,4-26.选用：耐油橡胶石棉垫。（5） 支座的选择

13、A.两支座应设置在换热器管束长度范围内的适当位置，一般为当L3000mm时LB=（0.4-0.6）L当L>3000mm时LB=（0.5-0.7）LB.Lc必须满足壳程接管焊缝与支座焊缝之间的距离要求，即据此原则选机械设计及计算（1） 筒体壁厚计算（2）管箱短头、封头厚度计算（3）管箱短节开孔补强的校核化工设备设计基础P125，附表5化工单元过程及设备课程设计P81化工设备设计基础P125，附表5化工单元过程及设备课程设计P81化工设备设计基础P125，附表5化工单元过程及设备课程设计P81（1） 筒体壁厚计算由工艺设计给定设计压力Pc=0.9MPa，材料选用Q235，查得其相应的许用应力

14、【】=113MPa，焊缝系数=0.65，腐蚀裕度C2=3.5mm，则计算厚度：设计厚度：名义厚度有效厚度：水压试验压力；所选材料的屈服应力水压试验应力校核：（2）管箱短节、封头厚度计算由工艺设计给定设计，设计压力0.9MPa，选用Q235材料，材料许用应力【】=113MPa，材料的屈服应力=235MPa，取焊缝系数计算厚度设计厚度：名义厚度：有效厚度：压力试验强度在这种情况下一定满足。管箱封头取用厚度与短节相同，取（3） 管箱短节开孔补强的校核开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管尺寸50×5.考虑实际情况，选20号热轧碳素钢管【】=113MPa，50×5，C2=1mm接管计算壁厚：设计厚度：开孔直径接管有效补强宽度：接管外侧有效补强高度：需要补强面积：可以作为补强的面积：8.有关数据汇总项目煤油水管数入口温度管长出口温度管中心距导热系数管中心管数密度公称直径粘度定距管根数比热容壳厚质量流量拉杆根数体积流量拉杆直径污垢热阻定距管规格进出口接管规格管子规格进出口接管流速管子排列方式允许压强降连接方式流体相态折流板数流体类型折流板间距实际流量换热面积相对分子质量壳程数K0（计）壳程数K0（选）平均温度差热负荷温度校正系数折流板直径钢管导热系数切去弓形高度管子材料9.参考文献化