列管式换热器的论文

1、重庆工业职业技术学院列管式换热 器设 计 专 业姓 名吴万昌 学 号成 绩指导教师化工设备课程设汁是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去完成某 一设备设计任务的一次训练。本次的设计的内容是水一CO2列管式固定管板换热器的设计。这方面的知识虽然我们在 大三上学期进行了理论课的学习，但是了解和掌握的东西仍然很有限。在这次的课程设讣, 通过热量衡算，工艺计算，结构设计和校核等一系列工作，我们基本上完成了设计任务， 也让我明口了怎么应用所学的化工设备知识，结合我们所掌握的其他相关学科的知识、计 算机技术、参照相关的书籍文献等去解决实际的设计问题。并且通过在设计过程中，不断 的发现问题解决

2、问题，使我们能够更加熟练的运用这些知识与技能。这些经验的积累是对 课堂学习的巩固和拓展，也是一次宝贵的经验积累。当然在整个设讣过程种，也离不开老师的悉心指导和同组各位组员的同心协力。在我 们的实践过程中，通过小组各位组员的分工合作和相互配合，我们才能比较顺利的完成各 个时段的工作，在遇到问题时，我们能够一起参与讨论，通过查阅资料、咨询老师等来解 决。虽然在这个过程中，我们有发生过计算失误而重头开始计算，有过发现画图过程中的 设汁缺陷而重新设计等等问题，但这不但没有让我们知难而退，反而让我们更加深刻的认 识到科学设汁中所应该持有的严谨务实的态度的重要性。这些宝贵经验的积累，对我们今 后的学习工作

3、也一定会有很大的帮助。关键词：结构设计，工艺计算-#-3.8管子拉脱力计算93.9 折流板计算1 13.10支座确定12第四章换热器主要结构尺寸和计算结果列表12参考文献1 3致谢13第一章列管换热器的概述1.1 列管式换热器的简介列管式换热器也是固疋管板式换热器中的一种，如苴中的浮头式换热器，U型管式换热器等。列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。1.2 列管式换热器的工作原理进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体：期一种在管外流动，称为壳程流体。 为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提髙壳程流体速度，迫使流体

4、按规左路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上按等边三角形或正方形排列。等边 三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大：正方形排列则管外淸洗方便，适用于易 结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程：每通过壳体一次称为一个壳程。按换热方式可分为单壳程单管 程换热器、双管程、多管程、多壳程换热器。最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设宜隔 板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。 同样，管壳式换热器为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为 多

5、壳程。多管程与多壳程可配合应用。1.3 列管式换热器的优点单位体积设备所能提供的传热而积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作 弹性大，大型装置中普遍采用。1.4列管式换热器的结构壳体、管朿、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流动，其行程称为管程：另一种流体在管外 流动，其行程称为壳程。管朿的壁而即为传热面。(1.4.1)列管式换热器的折流挡板为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一泄数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防 止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管朿，使湍动程度大为增加。a.圆缺形列管式换热器b.圆盘形列管式换热器(1.4.2)列管

6、式换热器的多壳程换热器列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力，根据所 采取的温差补偿措施。1.5列管式换热器的种类(1.5.1)固定管板式换热器这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械淸洗。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。通常在管外装巻 一系列垂直于管朿的挡板。(1.5.2)浮头式换热器换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。(1.5.3)

7、U形管式换热器U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固左在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而 解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽岀淸洗，管子可以自由膨胀。(1.5.4) 填料函式换热器这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，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。第二章设计条件2.1已知条件：(1)气体工作压力：管程：CO?压力1.5MPa,进口温度100°C ,出口温度60°C壳程：冷却水，压力l.OMPa,进口温度20°C ,出口温度50°C(2)Ar, =100 - 50

8、 = 50 Cr, =60 - 20 = 40 Cf Ar.50In 1In 40T-T2 _ 100-60 f _ tr 50 -20f 2 _5() -20 =rR =1.33P= Tx-t, 100-2050-40=44 C7经查得 = 0.91n=Q)f x / = 0.91 x 44°C = 40°C壳、(3)由工艺计算求得换热面积为40m2 o第三章结构设计3.1管子数n：选25x2.5的无缝钢管，材质2 0号钢，管长4.5m Sn=H7UlLHSn400（“如/. n =126 根叫,）L 7TX 0.0225 x 4.5其中因安排拉杆需增加6根，实际空数12

9、0个。32管子排列方式，管间距确定管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和正方形错列。c 正方形列列a正三角形错列b.正方形直列正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外 清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的惜况，其传 热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形错列，用于壳侧流体清洁, 不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。本设讣采用正三角形排列，经查得层 数为13层。取管间距a=32mm,如图11图1-1排管图3.3换热器壳体直径的确定壳体内径为Di = a(b 1) + 21式中0换热

10、器内径；b正六角形对角线上的管子数，查得b=131最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取1=20 =32x(13-1) + 2x2x25 =484取壳体内径0=500加。3.4换热器壳体壁厚的计算材料选用Q235,计算壁厚为PD +c2bS-P式中P设计压力，取P=1.25MPa;Z)r =500mm0 = 0.85;b=113MP“1.25x5002x113x0.85-1.25+ 3.5=6.77mm圆整后实取內=7mm35管板尺寸确定选用固定式换热器管板，并兼作法兰。山钢制列管式固定管板换热器结构设讣手册4.11.7节，查得Pt =P1=6kgf/cm2 (l6MPa)(取管板的公称压力为1

11、6 kgf/c/n2)的碳钢管板尺寸。3.6换热器封头选择上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JBII54-73标准，封头为DyV500x8,曲面高度/?i = 25mm ,直边高度h2 = 25nun.材料选用20钢3.7容器法兰的选择材料：l6MnR根据JBII60-82标准，选用DV5OO,£vl.6(MP")的突面密封面屮型平焊法兰。法兰尺寸 如图1-3所示。因1-3法兰3.8管子拉脱力计算管子壳体材质20钢Q2359a (1/°C )11.8x10"11.8x10E(MPa)0.21 xlO6尺寸25x2.5x45000500x8管子数120根管

12、间距32 mm管壳壁温差Ar=40°C管子与管板连接方式胀接胀接长度30mm在操作压力下，每平方胀接周边所产生的力qp式中/ =0.866a2-x=0.866x 322 -x2524=396mm2=3.96 x IO-1 m2P=1.5MPaI =30mm1.5x3.96x10 xlO6q =卩 7T x 0.025 x 0.03=0.25MPa2温差力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力S W'1+A4As = Sn= x508x8= £x(252 -202 )x120=21800mnr =0.022nr11.8xl0"x021xl0&x406 =&

13、#39;0221 0.0127=42.3MPa423x(002520.022)4x0.025 x0.03=3.17MPa由已知条件可知：佈与厲的作用方向相同，合拉脱力q = q 卩 + qt =3.42< =4.0MPa拉脱力在范围之内39折流板设计折流板为弓形，h=lDi=-x500 = 375mm查得折流板最小厚度为4mm;折流板外径为44496.5mm,材料为 Q235A 钢，。拉杆选用012,共6根，材料为Q235折流板数量4500100600-1=6.33-13-取整的Nb=7块实际折流板间距为:4500-1007+1=550mm折流板开孔直径山参考文献3表4-23查得为25.

14、8x0.403.10支座设计釆用鞍座查文献二314 , 315页取DN500-AIM-200型鞍式支座第四章换热器主要结构尺寸和计算结果列表项目结果单位换热器公称直径D500mm换热器管程数心1换热器管子总数凡120根换热器单管长度L4.5换热器管子规格025x2.5mm换热器管子排列方式正二角形管心距/32nun管板厚度T30mm折流板间距B550nun折流板个数XB7根折流板外径496. 5mm折流板厚度4nun壳体片度几7mm壳程流体进口接管规格065x6nun壳程流体出口接管规格065x4nun管程流体进出口接管规格0100x4nun封头厚度68nun封头内径500nun封头曲面高度1

15、25mm封头直径高度25nun参考文献1 国家质量技术监督局.GB151-1999管壳式换热器.北京：中国标准出版社,19992. 化工设备机械基础刁玉玮大连理工大学出版社1992. 123. 中华人民共和国机械工业部，石油工业部，化学工业部钢制管壳式换热器设计规定1983年，化学工业出版社4. 化工原理张宏丽.北京化学工业出版社2008. 25. 化工机械工程手册余国宗.化学工业出版社2003. 16. 化工设备设计手册朱有庭.化学工业出版社2005. 67. 化工设备与维修王灵果孙爱萍2009. 8&化工设备制造技术庞春虎 化学工业出版社2009. 59. 常用化工单元设备设计李庆样华南理工大学出版社2003. 410. 化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书一一换热器.北京：化学工业出版社, 200311. 0B1154-73北京：中国标准出版社，12. JB1160-82)北京：中国标准出版社,致