换热器设计说明书

1、热能与动力工程课程设计管壳式换热器设计 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 目 录一、设计任务书.1二、设计计算书及符号说明.2三、设计结果汇总表.8四、设计中发现的问题.8五、设计自评.9六、参考文献.91、 设计任务书1、设计内容某生产过程的流程如图所示，反应器的氢气经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110进一步冷却至60之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知氢气的流量为4273kg/h，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29，冷却水流量为50000kg/h，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。2、设计要求 每个设计者必须提交设计说明书和换热器

2、总装图、管板图、零部件图。设计说明书必须包括下述内容：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、设计中发现的问题、设计自评和符号说明、参考文献等。二、设计计算书项 目符号单位计算公式或数据来源数值备注原始数据1234567氢气进口温度氢气出口温度冷却水进口温度氢气工作表压力冷却水工作表压力氢气流量冷却水流量MPaMPa/s/s由题意由题意由题意由题意由题意由题意由题意11060296.90.41.18713.89流体的物性参数8910111213141516171819氢气定性温度氢气比热氢气密度氢气黏度氢气导热系数氢气普兰德数水的定性温度水的比热水的密度水的导热系数水的黏度水的普兰

3、德数查物性表查物性表查物性表查物性表查物性表查物性表查物性表查物性表8514.504.570.2190.67836.24.174993.60.6264.75出口温度取自下表传热量及平均温差20212223242526热损失系数传热量冷却水出口温度逆流时的对数平均温差参数P及R温差修正系数有效平均温差QPRkW取用（P8）查图1.80.97834.7643.4046.550.1783.4720.93543.52暂取4.175经计算误差较小。项 目符号单位计算公式或数据来源数值备注估算传热面积及传热面结构272829303132333435363738394041424344初选传热系数估算传热面

4、积管子材料及规格管程内水的流速管程所需流通面积每程管数每根管长管子排列方式管中心距分程隔板槽处管中心距平行于流向的管距垂直于流向的管距拉杆直径作草图作图结果所得数据六边形层数管子数拉杆数传热面积管束中心至最外层管中心距离管束外缘直径壳体内径长径比nlsammm/s根mMmmmmmmmmm根根mmm查参考资料（附录A P294）选用碳钢无缝钢管选用（P302）选由表2.2（P44）由表2.2（P44）由2.1.5节见附图1见表2.6，估计壳体直径在400700之间由附图1量得或算出0.178×2+2×0.0095 ，因为，故取按GB151-1999规定，取标准直径100019

5、.1810.01398792正三角形253821.6512.5127158418.860.1780.3750.45以外径为准合理管程计算4546管程接管直径管程雷诺数按钢管标准取值20912项 目符号单位计算公式或数据来源数值备注47管程换热系数5119壳程结构及壳程计算484950515253545556575859606162636465折流板形式折流板缺口高度折流板的圆心角折流板间距折流板数目折流板上管孔数折流板上管孔直径通过折流板上管子数折流板缺口处管数折流板直径折流板缺口面积错流区内管数占总管数的百分数缺口处管子所占面积流体在缺口处的流通面积流体在两折流板间错流流通截面积壳程流通截面

6、积壳程接管直径错流区管排数hm度m块个m根根m排选定取2000/250 - 1见附图1由GB 1511999规定见图见图由GB 1511999规定按计算，并由钢管标准选相近规格见附图1弓形0.11200.2571300.0193126320.39550.0245670.6450.007950.01660.02760.02148由式2.13项 目符号单位计算公式或数据来源数值备注壳程结构及壳程计算66676869707172737475767778798081每一缺口内的有效错流管排数旁流通道数旁通挡板数错流面积中旁流面积所占分数一块折流板上管子和管孔间的泄露面积折流板外缘与壳体内壁之间的泄露面

7、积壳程雷诺数理想管束传热因子折流板缺口校正因子折流板泄露校正因子旁通校正因子壳程传热因子壳程质量流速壳侧壁面温度壁温下氢气黏度壳侧换热系数排对选取由图2.29由图2.30假定查物性表3.695130.39860.002330.0023561029180.00451.020.750.940.0032455.47653377其中是应用P66推荐的数据项 目符号单位计算公式或数据来源数值备注需 用 传 热 面 积82838485868788水垢热阻汽油污垢热阻管壁热阻传热系数传热面积传热面积之比检验壳侧壁温KF查有关资料查有关资料18.86/16.210.000170.000086略1183.571

8、6.211.1665.32合适与原假定值差0.32阻 力 计 算899091929394959697管内摩擦系数管侧壁温壁温下水的黏度沿程阻力回弯阻力进出口连接管阻力管程总阻力理想管束摩擦系数理想管束错流段阻力PaPaPaPaPa查图2.36假定查物性表查图2.370.0065553286.553974.4745.28006.150.1644.15没有超过表2.9的规定项 目符号单位计算公式或数据来源数值备注阻力计算阻力计算9899100101102理想管束缺口处阻力旁路校正系数折流板泄露校正系数折流板间距不等的校正系数壳程总阻力PaPa查图2.39查图2.38间距相等，不需校正1418.37

9、0.80.4517365.90没有超过表2.9的规定附图1 管子布置图3、 计算结果汇总表物性参数参数壳程（氢气）管程（水）流量（/s）1.18713.89操作温度（）110602943.40定性温度（）8536.20流体密度（）4.57993.6定压比热容14.504.174黏度导热系数0.2190.626普朗特数0.6784.75设计结构参数形式固定管板式台数1壳体内径（mm）400壳程数1管径（mm）19×2管程数2管心距（mm）25管子排列正三角形管长（mm）2000折流板数7管数目（根）158折流板间距（mm)250传热面积（）18.86折流板缺口高度（mm）100拉杆直径

10、(mm)12拉杆数44、 设计中发现的问题1、在查取国家标准时比较困难，没有相应的参考资料，网上可查找到的资料不够准确详尽；2、氢气的物性参数查取较困难，水的物性参数查取也不准确；3、计算时数据出了些问题，导致开头计算时，浪费了较多时间；4、书上部分公式出现错误，给计算带来一些障碍；5、设计计算部分只计算了传热管部分，绘图时绘制管板、封头、法兰、管箱等零部件时出现困难，查取相关标准较困难；6、初选传热系数与最终计算结果相差较大，导致一些数据需要从头核算；7、虽然完成了换热器设计，但是也知道里面存在很多问题，仍需要以后进一步学习改进。五、设计自评为了加强我们对热交换器这门课程的深刻认识，将之前学

11、到的各科知识应用到换热器的设计中，做到融会贯通，我们针对这门课程进行了为期两周的课程设计。为了准备考研，对于这门课程的学习做得不够扎实，因此在正式进行设计任务之前先将课本上必要的内容看了一遍，仍然在设计计算过程中遇到了很多问题。首先是查询冷热流体的物性参数，然后是传热系数，接着是各种国家标准，尤其是在画图的时候才发现，除了必要的设计计算，仍有很多换热器结构的数据还不知道。而在设计中的一些问题，比如初定传热系数，由于没有设计经验，书上给出的氢气传热的经验数值也不太确定，导致后面核算时发现问题，需要回过头来再重新计算。这类问题并不是只有这一个，因此整个课程设计进行的并不顺利，浪费了很多时间。在这次课程设计中，我发现了很多自己的不足。很多事情，不是看着简单就觉得自己能行。如果这样，我们就会显得眼高手低了。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”只有亲身实践，将知识应用于实践，才能真正地掌握所学知识。我们现在虽然已经完成了热交换器的课程，但仍然还只是处于书本知识的学习中，没有亲身感受热交换器的各部分结构，体会其工作原理，我们就无法做到书本知识与实际事物的相结合。由于受到条件的限制，我们暂时还无法完成，只能暂时进行