换热器说明书

1、换热器工艺初步设计学生姓名：学号：专业： 环境工程班级：成绩：指导教师：设计时间：2012年 12月 20日至2013 年 1月6日 环境与生命科学系列管式换热器设计任务书一、设计任务及操作条件（1）处理能力：正戊烷23760kg/h；（2）设备型式：立式列管式换热器；（3）操作条件：； 冷却介质:循环水,流量为70000kg/h入口温度32； 允许压强降：不大于5000000Pa； 每年按300天计算,每天24小时连续运行。二、设计项目 1设计方案简介：设计工艺流程图；2换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积；3换热器的主要结构尺寸设计；4主要辅助设备选型；5绘制换热器总装配图。三、设计时间

2、2012年 12 月  20 日 2013 年 1 月 6日四、设计内容 1目录；2设计题目及原始数据(任务书)；3论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；4换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；5设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；6主体设备设计计算及说明；7参考文献。目 录1.简述42.方案设计和拟定53换热器类型的选择63.1 流动空间及流速的测定6确定物性数据73.3 计算总传热系数73.3.1 热流量73.3.2平均传热温差73.3.3平均传热温差校正7估算传热面积8换热器结构尺寸的83.5.1 管径和管内流速83.

3、5.2 管程数和传热管数83.5.3 传热管排列和分程方法93.5.4 壳体内径103.5.5 折流板113.5.6 接管11壳程进口接管:11壳程出口接管:11管程接管12换热器核算123.6.1 热量核算123.6.1.1 壳程对流传热系数123.6.1.2 管程对流传热系数12污垢系数133.6.1.4 传热系数 K13换热器的实际传热面积13核算管壁温度143.6.3 换热器内流体的流动阻力14计算压强降144.换热器主要结构尺寸和计算结果16附录17参考文献18列管式换热器设计书根据列管式换热器的结构特点，常将其分为固定管板式、浮头式、U形管式填料函式、滑动管板式、双管板式、薄管板式

4、等类型。(1)固定管板式换热器(代号G)优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵塞或更换；缺点：管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力这种换热器适用于壳层介质清洁且不易结垢、并能进行清洗、管程与壳程两侧温差不大或者温差较大但壳层压力不高的场合。(2)浮头式换热器(代号P)优点：管内和管间易于清洗，不会产生热应力；缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。这种换热器适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。(3)U形管换热器(代号Y)优点：

5、只有一块管板，管束由多根U形管束组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热器有温差时，不会产生热应力。缺点：由于受到管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而且损坏一根U形管相当于坏两根管，报废率极高。适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。(4)滑动管板式换热器优点：结构简单，造价低廉，必要时可在管箱增设隔板，

6、强化传热。缺点：填料泄漏时可导致管程和壳程的流体相混，故严禁用于两种流体不相容的场合。根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，冷水走管程，热水走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。分

7、别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水，不易结垢，再根据造价低，经济的原则我们选用固定管板式换热器。流体流速的选择：增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性

8、，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管内流速。流体流动通道的选择:不清洁或易结垢的流体，宜走容易清洗的一侧。对于直管管束，宜走管程，便于清洗；对于U型管管束，宜走壳程。腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束

9、同时被腐蚀。压力高的流体走管程，以免制造较厚的壳体。为增大对流传热系数，需要提高流速的流体的宜走管程，因管程流通截面积一比壳程的小，且做成多管程也教容易。两流体温差较大时，对于固定管板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走壳程，以减小管壁与壳体的温差，减小热应力。蒸汽冷凝宜走壳程，以利于散热、排出冷凝液，增强传热效果。需要冷却的流体宜走壳程,以减小冷却剂用量。但温度很高的流体，其热能可以利用，宜走管程，以减小热损失。粘度大或流量小的流体宜走壳程，因由折流挡板的作用 ，在低Re数下（Re>100）即可达到湍流。在选择流动管道时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体问题抓住主要方面，一般首先考虑

10、流体的压力降、防腐蚀清洗等要求，然后在校核对流传热系数和流动阻力，以便做出恰当的选择。3换热器类型的选择；冷流体（循环水）进口温度32。该换热器用循环冷却水冷却，热流体为热水，为不易结垢和清洁的流体。冬季操作时进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较小，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。3.1 流动空间及流速的测定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，热水走壳程。选用25×2.5mm的碳钢管，查表可得管内流速取u i=1.5m/s。由设计条件：入口温度=32, 出口温度井水的定性温度为：两流体的温差T-已知混合气体及循环冷却水在定性温度下的物

11、性数据：(由化学工程基础书附录得)流体定性温度密度kg/m3粘度mPa·s比热容kJ/(kg·)导热率W/m·混合气体596冷却水3.3 计算总传热系数3.3.1 热流量 冷却水用量（按逆流计算）平均传热温差校正系数 按单壳程2管程结构,温差校正系数对数平均温度校正系数。 但的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线,可得：平均传热温差：假设考虑15%的面积裕度， 的3.5.1 管径和管内流速选用mm传热管(碳钢)，取管内流速3.5.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数：按单程管计算,所需的传热管长度为：按单程管设计,传

12、热管过程,宜采用多管程结构。现取传热管长， 则该换热器管程程数为： 圆整 传热管总根数传热管排列和分程方法采用组合排列法,即每程内均按正三角排列,隔板两恻采用正方形排列.取管心距,则隔板中心到其最近一排中心距离：各程相邻的管心距为横过管束中心线的管数3.5.4 壳体内径横过管数中心线管的根数 （根）采用多管程结构,取管板利用率,则壳体内径为：圆整可取立式固定管板式换热器的规格如下：公称直径D440mm公称换热面积S2管程数2管数n84 管长L6m管子直径管子排列方式正三角形3.5.5 折流板采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为：, 故可取。 取折流板间距，

13、 则 可取B为150mm。 折流板数 故拉杆数至少大于4根，故取拉杆数为6 折流板圆缺面水平装配。3.5.6 接管壳程进口接管:取壳层进口接管内正戊烷蒸汽流速为u=15m/s,正戊烷气体密度取标准管径为140mm。壳程出口接管:取壳层出口接管内正戊烷液体流速为u=0.5m/s,正戊烷液体密度为 取标准管径为94mm.管程接管取管程内水的流速为u=1m/s，水密度为取标准管径为158mm3.6.1 热量核算3.6.1.1 壳程对流传热系数壳程表面传热系数 当量直径,由正三角形排列得3.6.1.2 管程对流传热系数 管程流通截面积 管程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数污垢系数确定污垢热阻（有机

14、液体）（井水）3.6.1.4 传热系数 K 该换热器的面积裕度为：3管壁温度,3.6.3 换热器内流体的流动阻力计算压强降壳程压降：正戊烷在等温等压下冷凝压降忽略管程压降： , , , 由，传热管相对粗糙度，查莫狄图摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系得：，流速， 所以： 管程流动阻力在允许范围之内。名称管程（冷却水）壳程（混合气体）流量/(kg/h)70000 23670进/出口温度/压力/MPa设备结构参数形式固定式管程数2壳体内径/mm440壳程数1管径/mmmm管心距/mm32管长/mm6000管子排列正三角形管数目/根84折流板数/块39中心管数目/根11折流板间/mm150传热面积/m2材质碳钢主要计算结果管程（井水）壳程（正戊烷）传热膜系数/W/(m2·) 6503969总传热系数/(W/（m2·）)526面积裕度/%通过此次课程设计，虽然各种心酸，不过我们还是学到了许多知识，了解了很多关于换热器的知识，如换热器的选型，换热器结构和尺寸的确定，以及计算换热器的传热面积和流体阻力等等。也让我知道了设计要有耐心，要认真仔细，有时为了一个数据查找了好几本书，还是找不到结果的时候，是挺纳闷的，很容易让人想放弃。但是几个同学在一起讨论交流，解决了不少问题，所以化工看起来很难，但真真投入其中会发现世上无难事，真的是松了一口气啊，在要考试的时候还天天