气气热管换热器计算书
热管换热器设计计算
1 确定换热器工作参数
1.1 确定烟气进出口温度t 1，t 2，烟气流量V ，空气出口温度，饱和蒸汽压力
p c .对于热管式换热器，t 1范围一般在250C ~600C 之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300C 以下.t 2的选定要避免烟气结露形成灰堵及低温腐蚀，一般不低于180C ..所选取的各参数值
如下：
烟气流量 V 饱和蒸汽压力 p c 空气出口温度
空气入口温度
排烟入口温度 t 1 排烟出口
温度 t 2 40000m 2/h
120°C 20°C
420°C
200°C
2 确定换热器结构参数
2.1 确定所选用的热管类型 烟气定性温度： =
=
在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的平均值所得出：
烟气入口处： 烟气出口处：
选取钢-水重力热管，其工作介质为水，工作温度为30C ~250C o o ，满足要求，其相容壳体材料：铜、碳钢（内壁经化学处理）。
2.2 确定热管尺寸
对于管径的选择,由音速极限确定所需的管径
根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范围，取C Q 4kW ，在
启动时
因此
由携带极限确定所要求的管径
根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取4Q ent kw 管内工作温度
时
4431.010/N m
因此
考虑到安全因素，最后选定热管的内径为
m m 22d i
管壳厚度计算由式
]
[200d P S i
V
式中，V P 按水钢热管的许用压力228.5/kg mm 选取，由对应的许用230C 来选取管壳最大应力2MAX 14kg/mm ,而
2MAX 1
[] 3.5/4
kg mm
故 0.896mm 3.5
2000.022
28.5S
考虑安全因素，取 1.5S mm ,管壳外径:m m 25.51222S 2d d i f . 通常热管外径为25~38mm 时，翅片高度选10~17mm （一般为热管外径的一半），厚度选在0.3~1.2mm 为宜，应保证翅片效率在以上为好.翅片间距对干净气流取2.5~4mm ；积灰严重时取6~12mm ，并配装吹灰装置.综上所述，热管参数如下：
翅片节距：'415f f f S S mm 每米热管长的翅片数：'10001000
200/5
f f n m S 肋化系数的计算：
每米长翅片热管翅片表面积
22
[2()]14
f f o f f f A d d d n
每米长翅片热管翅片之间光管面积
(1)r o f f A d n
每米长翅片热管光管外表面积
o o A d 肋化系数：22
[2()]1(1)
4
f o f f f o f f f r
o
o
d d d n d n A A A d
22[0.5(0.050.025)0.050.001]2000.025(10.2)
8.70.025
确定换热器结构
将热管按正三角形错列的方式排列，管子中心距
取
。
3 热力计算
确定换热器中热管的热侧和冷侧的管长
,以及迎风面管数B
1）确定烟气标准速度v ，一般取~5m/s ，假设v =4m/s ，可得出烟气迎风面的面
积
2）确定迎风面宽度E ,取E =，热管的热侧管长
,适当取
,并且
,
。
3）求出迎风面的管数B ，
,B 为整数，应取B =26，因此实际的迎风面的宽度,同时实际的迎风面面
积
,实际的速度是
。
确定传热系数 1）烟气定性温度：,从而确定烟气的物
性参数：
310
2）确定烟气侧管束的最小流通截面积
求烟气侧的最大质量流速
求烟气侧流体雷诺数
=3785
通过Briggs公式，求的烟气侧流体的对流换热系数
3) 假定热管管壁温度
4) 由可以在查出热管侧的管材导热系数
在米海耶夫推荐的下，可推出冷侧流体的对流换热系数
同时
由两参数，可以查圆形翅片管的肋效率图，烟气侧的热
管效率
5) 算出烟气侧每米长的热管的翅片表面积：
烟气侧每米长的翅片和热管之间的面积：
烟气侧管外每米长的热管的管外总面积：
6) 算出烟气侧的管外有效对流换热系数
算出冷流体管外有效对流换热系数
7) 算出总传热系数
参考《热交换器原理与设计》，可查得烟气污垢热阻
。因此，管壁的导热热阻为
确定烟气侧总传热面积和换热器所需要的管数
1）算出传热量
由于热平衡，并且考虑到6%的综合热损
2) 确定对数平均温差，忽略其预热过程，因此
3) 确定烟气侧的总传热面积和换热器所需要的管数m
=
应取整m=355 根
确定管排数
取整排
按之前说的，以正三角方式排列，即以26、25依次排列，这样总共的管数应该是N=357
4 流阻计算
确定烟气侧的流阻
对于圆形翅片管，使用Robinson和Briggs公式
先求出烟气侧摩擦系数
=
烟气侧的压力降
确定引风机的功率增量
??为电动机效率，通常取。
(完整版)气气热管换热器计算书
热管换热器设计计算 1 确定换热器工作参数 1.1 确定烟气进出口温度t 1，t 2，烟气流量V ，空气出口温度t 2c ，饱和蒸汽压力 p c .对于热管式换热器，t 1范围一般在250C ~600C 之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300C 以下.t 2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180C .空气入口温度t 1c .所选取的各参数值 如下： 2 确定换热器结构参数 2.1 确定所选用的热管类型 烟气定性温度： t f = t 1+t 22 = 420°C+200°C 2 =310°C 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的平均值所得出： 烟气入口处： t i =t 1+t 2 c ×45 =420°C+152°C×4 5 =180°C 烟气出口处：t o = t 2+t 1 c ×45 = 200°C+20°C×4 5 =56°C 选取钢-水重力热管，其工作介质为水，工作温度为30C ~250C o o ，满足要求，其相容壳体材料：铜、碳钢（内壁经化学处理）。
2.2 确定热管尺寸 对于管径的选择,由音速极限确定所需的管径 d v =1.64√ Q c r(ρv p v )12 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范围，取C Q 4kW ，在t o =56°C 启动时 ρv =0.1113kg/m 3 p v =0.165×105pa r =2367.4kJ/kg 因此 d v =1.64√ Q c r(ρv p v )1 2 =10.3mm 由携带极限确定所要求的管径 d v =√ 1.78×Q ent π? r(ρL ?14 ?+ρv ?1 4?)?2[gδ(ρL ? ρv ]14 ? 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取4Q ent kw 管内工作温度 t i =180℃时 ρL =886.9kg/m 3 ρv =5.160kg/m 3 r =2013kJ/kg 4431.010/N m 因此 d v =√ 1.78×4 π×2013×(886.9?14?+5.16?14?)?2[g×431.0×10?4(886.9?5.160)]1 4 ? =13.6mm 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 m m 22d i 管壳厚度计算由式 ] [200d P S i V 式中，V P 按水钢热管的许用压力228.5/kg mm 选取，由对应的许用230C 来选取管壳最大应力2MAX 14kg/mm ,而 2MAX 1 [] 3.5/4 kg mm
(新)换热器的强度计算
确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所 有受压元件进行强度计算。因为管壳式换热器一般用 于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容 器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于 钢制的换热器，我国一般按照GB150<<钢制压力容器>> 标准进行设计，或者美国ASME标准进行设计。对于其 它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我 国的GB151<<管壳式换热器>>或者美国TEMA标准进行 设计。对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应 按照相应的标准进行设计。 下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供 参考。该换热器为U形管式换热器，壳体直径500mm， 管程设计压力3.8MPa，壳程设计压力0.6MPa。详细强 度计算如下： 1.壳程筒体强度计算 2. 前端管箱筒体强度计算 3. 前端管箱封头强度计算 4. 后端壳程封头强度计算 5.管板强度计算 6. 管程设备法兰强度计算 7. 接管开孔补强计算 氮气冷却器(U形管式换热器)筒体计算 计算条件筒体简图 计算压力P c0.60MPa 设计温度 t100.00? C 内径D i500.00mm 材料16MnR(热轧) ( 板材) 试验温度许用应力[σ]170.00MPa 设计温度许用应力[σ]t170.00MPa 试验温度下屈服点σ s 345.00MPa 钢板负偏差C10.00mm 腐蚀裕量C2 1.00mm 焊接接头系数φ0.85 厚度及重量计算 计算厚度 δ == 1.04 mm 有效厚度δ e =δ n - C1- C2= 7.00mm 名义厚度δ n = 8.00mm 重量481.06Kg
波节换热管
不锈钢波节换热管 不锈钢波节换热管 不锈钢波节换热管是取代列管的一种新型高效换热管。用它制作的波节管换热器具有以下优点。 传热系数高 传热系数是换热设备的一个重要技术指标，强化换热表面的对流传热是提高传热系数的有效措施。波节管换热器的强化传热是通过其独特的超薄壁波节管来实现的，波节管是一种由大小圆弧连续相切，内外形如波纹状的薄壁管子，其波峰与波谷间的高差使流体受到了强烈的扰动，这种扰动来自管内外流体的三维运动，因此其扰动的程度更为强烈和彻底，即使流体流速很低，也能使其成为湍流状态，同时管壁薄温度梯度小，大大降低管壁热阻，提高了管内外换热系数，从而使总的传热系数提高。一般对水—水传热而言可达 1500-3500Kcal /㎡.h.℃,汽—水可达2500-5000 Kcal /㎡.h.℃，其换热效率是一般列管换热器的三倍。 耐高温、能承受较大温差、压差 波节管虽壁很薄 (0.5-0.8mm)，由于它采用了特殊的自由成型工艺及独特的圆弧外形，使其承压能力大大提高，实验室测得波节管单向破坏压力一般为20Mpa左右，实际使用时压力控制在6.4Mpa以下还是很安全的。同时波节管换热器采用不锈钢材料能适应较高工作温度，最高可达450℃，且波纹管是一种柔性元件，具有一定的热补偿能力，对较大工作温差工况，适应性好，设备热应力小，较普通列管有着明显优势。 防垢、除垢功能强 换热器结垢、腐蚀、堵塞一直是个较难解决的问题，特别是在水质条件差、水处理效果不佳，气体介质中含杂质或化学反应易生成结垢物的情况下，这一问题尤为突出。轻者换热器功能下降、工况恶化、阻力增大、能耗增加，重者换热器堵死无法运行，因此换热器维护、清洗或更新的工作量增大。 波节管换热器的不锈钢波节管，由于采用的是不锈钢优质材料，本身抗腐蚀，更主要的是波节管特殊的内外波形，湍流介质不断冲刷换热管的内外表面，污垢很难在表面存积，即使结垢，由于波节管是一种柔性元件，在工作过程中受到温差的作用后，波节管各部分的曲率不断地变化，尽管这种曲率变化带来的变形不是很大，但污垢和金属波节管的线膨胀系数相差很大，因此污垢与波节管表面之间将产生一个较大的拉脱力，足以使垢脱落实现自动清理、自动除垢，特别这一点是列管及其它换热器所无法相比的。 应力分布均匀、防腐蚀能力强
U型管式换热器设计毕业设计说明书
摘要 换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。广泛应用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域。U型管式换热器是换热器的一种，它只有一个管板，结构简单，密封面少，且U形换热管可自由伸缩，不会产生温差应力，因此可用于高温高压的场合。一般高压、高温、有腐蚀介质走管程，这样可以减少高压空间，并能减少热量损失，节约材料，降低成本。 甲烷化换热器，是合成氨生产中的重要设备之一, 它能将27℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至90℃。甲烷化换热器一般选用U型管换热器，它由一台Ⅰ型甲烷化换热器与一台Ⅱ型甲烷化换热器连接组成。其中Ⅰ型甲烷化换热器将27℃的H2N2混合气升温至150℃，同时将215℃的H2N2精制气降温至90℃；Ⅱ型甲烷化换热器能将150℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至215℃。 本次设计主要根据GB150《钢制压力容器》及GB151《管壳式换热器》对设备的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合HG/T20615《钢制管法兰》、JB/T 4712《容器支座》等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计，最终完成了Ⅱ型甲烷化换热器的设计。 关键词：换热器；甲烷化换热器
Abstract Heat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. Widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. U-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and the U-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs. Methanation heat exchanger, ammonia production is one of the important equipment, it will be 27 ℃of H2N2 mixture heated to 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃. Methanation heat exchanger is generally used in U-tube heat exchanger, which consists of Type Ⅰand type Ⅱmethanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger type Ⅰmethanation of H2N2 to 27 ℃heating the mixture to 150 ℃, 215 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃; Ⅱ-type heat exchanger can methanation 150 ℃, heating the mixture to the H2N2 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 215 ℃. This design mainly based on GB150 "steel pressure vessels"and GB151 "shell and tube heat exchangers, " the main pressure parts of the equipment was designed and strength calculation, but also with HG/T20615 "steel pipe flange", JB / T 4712 "containers bearing" pressure vessels and other relevant standards, the design of other components, he finally completed the methanation Ⅱtype heat exchanger design. Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger
U型管式换热器设计
U型管式换热器设计 摘要 本文介绍了U型管换热器的整体结构设计计算。U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词：U型管换热器，结构，强度，设计计算 U-TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN ABSTRACT This paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube process, the process
is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories. This time I designed a second category pressure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process design. KEYWOEDS: U-tube heat exchanger, frame, intensity, design and calculation
换热器计算
换热器计算的设计型和操作型问题--传热过程计算 与换热器 日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：椴木杉热度： 944 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。 一、设计型计算 设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。 对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。 表5-2 设计型计算的计算步骤
体进出口温度计算参数P 、R ； 4． 由计算的P 、R 值以及流动排布型式，由j-P 、R 曲线确定温度修正系数j ；5．由热量衡算方程计算传热速率Q ，由端部温度计算逆流时的对数平均温差Δtm ； 6．由传热速率方程计算传热面积 。 体进出口温度计算参数e 、CR ； 4．由计算的e 、 CR 值确定NTU 。由选定的流动排布型式查取 e-NTU 算图。可能需由e-NTU 关系反复计算 NTU ；5．计算所需的传热面积 。 例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为 kg/s ，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。 解 （1）对数平均温差法 由热量衡算方程，换热器的传热速率为 苯与冷却水之间的平均传热温差为 由传热速率方程，换热器的传热面积为 A = Q/KΔt m = = m 3 （2）传热效率-传热单元数法 苯侧 (m C ph ) = *1900 = 2375 W/℃ 冷却水侧 (m c C pc ) =(m h C ph )(t h1-t h2)/(t c1-t c2) =2375*(80-30)/(50-20)= W/℃ 因此， (m C p )min=(m h C ph )=2375 W/℃ 由式（5-29），可得
换热器计算程序+++
换热器计算程序 2.1设计原始数据 表2—1 名称设计压力设计温度介质流量容器类别设计规范单位Mpa ℃/ Kg/h / / 壳侧7.22 420/295 蒸汽、水III GB150 管侧28 310/330 水60000 GB150 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 N （10）计算管数 T （11）校核管内流速，确定管程数 D和壳程挡板形式及数量等 （12）画出排管图，确定壳径 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 密度ρ i- =709.7 ㎏/m3 定压比热容c pi =5.495 kJ/㎏.K 热导率λ i =0.5507 W/m.℃ 粘度μ i =85.49μPa.s 普朗特数Pr=0.853 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3
换热器的强度计算
确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于钢制的换热器，我国一般按照GB150<<钢制压力容器>>标准进行设计，或者美国ASME标准进行设计。对于其它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我国的GB151<<管壳式换热器>>或者美国TEMA标准进行设计。对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标准进行设计。 下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。该换热器为U形管式换热器，壳体直径500mm，管程设计压力3.8MPa，壳程设计压力0.6MPa。详细强度计算如下： 1.壳程筒体强度计算 2. 前端管箱筒体强度计算 3. 前端管箱封头强度计算 4. 后端壳程封头强度计算 5.管板强度计算 6. 管程设备法兰强度计算 7. 接管开孔补强计算
P ]= P ]=
= =
壳程设计压力 管程设计压力 壳程设计温度 管程设计温度 壳程筒体壁厚 管程筒体壁厚 换热器公称直径 ( c 型 ) ( d 型 )
( b d 型 ) ( b c 型 ) ( c d 型 ) ( c 型） ( d 型 ) = 106.81 金属横截面积 0.00 436.43 量直径 0.80 按 : = 按 : = 0 0.00 = 0 0.00 = 0 0.00 0.00 0.2696 和 0.0000 取、大值
= 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 工况 = = 工况 = 只有壳程设计压力 管程设计压力 只有管程设计压力 = 壳程设计压力 壳程设计压力 设计压力 3.21 ≤[q]
气气热管换热器计算书
热管换热器设计计算 1确定换热器工作参数 1.1确定烟气进出口温度ti，t3，烟气流量V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力 Pc?对于热管式换热器，ti范圉一般在250°C?600°C之间，对于普通水- 碳钢热管的工作温度应控制在300°C以下.t2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180°C.空气入口温度的.所选取的各参数值如下： 2确定换热器结构参数 2.1确定所选用的热管类型 烟气定性温度：f 宇_4沁；2沁=310比 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的 半均值所得出： 烟气入口处：q =如+営=420?c+严z = 18O°C 烟气出口处：. t2+tiX4 200°C+20°Cx4 l° 5 5 C 选取钢-水重力热管.其工作介质为水.工作温度为30OC~250°C?满足要求.其相容壳体材料：铜.碳钢（内壁经化学处理）。
2.2确定热管尺寸 对于管径的选择，由音速极限确定所需的管径 d v = 1.64 Qc t J厂9必)2 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范闱，取Qc=4kW,在 10 = 56吃启动时 p v = O.1113k^/7H3 p v = 0.165 X 105pa r = 2367.4幼/kg 因此d v = 1.64 I ! = 10.3 mm yr(p v p v)l 由携带极限确定所要求的管径 d _ I 1.78 X Qent P Ji (P L"1/4+P V~1/4)_2^(P L -Pv]1/4 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取Q ent=4kw 管内工作温度t t = 180°C时 P L = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c^/m3 r = 20\3kJ/kg J = 431.0xl0^N/m 178x4 因此 nx20L3x(8Q6.^i/4+SA6^i/4)-2 [gX431.0xl0-4(886.9-5.160)]1/4 =13.6nun 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 4 = 22111111 管売厚度计算由式 Pv4 20qcr] 式中，Pv按水钢热管的许用压力28.5kg /nmr选取，由对应的许用230°C來选 取管壳最大应力乐朋=14kg/nim2,而 [ 锅炉压力容器标准案例 案例编号CC-003-1 材料牌号奥氏体不锈钢 案例名称奥氏体不锈钢波纹管换热器设计 适用标准GB151-1999《管壳式换热器》 批准日期2004年3月10日失效日期2009年3月10日 咨询： 当采用奥氏体不锈钢波纹管（简称波纹管）作为换热管时，换热器应如何设计？ 回复： 本案例提供了波纹管换热器的设计方法。给出了有关波纹换热管设计参数的确定方法，供设计参考，其余部分仍按GB 151—1999《管壳式换热器》的有关规定执行。 一、案例 1 适用范围 1.1 本案例适用于换热管为奥氏体不锈钢波纹管的管壳式换热器（以下简称为波纹管换热器）的设计。 1.2 对本案例未作规定者，还应符合GB 151—1999各有关章节的要求。 1.3 本案例适用换热器的公称压力PN≤4.0MPa；波纹换热管的公称直径（波峰/波谷的外径）Φ32/25mm、Φ42/33mm；折流板最大间距为波纹管管坯（波谷）外径的25倍。 1.4 计算换热面积，以波纹换热管外表面积为基础，扣除伸入管板内的换热管长度，计算得到的管束外表面积(m2)。表1给出了一个波距波纹管的外表面积。(第三章附件4给出了波纹管外表面积计算方法)。 1.5 未经固溶化处理的管坯制成的波纹管，不得用于有应力腐蚀的场合。 2 换热管材料 换热管材料应符合下列标准中较高级(或高级)冷轧管或普通级冷轧管的技术要求。 GB 13296—1991 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管 GB/T 14976—1994 流体输送用不锈钢无缝钢管 3 波纹换热管设计 本设计规定了波纹换热管的结构形式、许用内压力、许用外压力、轴向刚度及稳定许用压应力的设计计算。波纹换热管是由波纹管和接头两部分组成，其结构尺寸如图1所示。 3.1 符号 A——单根管管壁金属横截面积，mm 2 ; A =πδt (d1－δt) B——系数，按GB 150中第6章方法确定； C——许用内压系数，C=0.25 C r——系数; U型管式换热器设计 本文介绍了U管式换热器的整体结构设计计算。U型管式换热器仅有一个管板，两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，结构比较简单、价格便宜，适用于管、壳壁温差较大或者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、腐蚀性强的物料。U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都比较高，因而设计要求较高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中要进行了换热器的结构设计，强度计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词：U型管式换热器，结构，设计计算 This paper introduces the U tube exchanger of the whole structure design calculation.U type heat exchanger with a tube plate, both ends of which are fixed on the same tube plates, tubes can be freely telescopic, thermal stress, thermal compensation performance is good; tube with double tube pass, longer process, the flow velocity is higher, the heat transfer performance is good, strong bearing ability, simple structure, cheap price, applied to the tube, the larger temperature difference between the shell wall or shell pass medium easy scaling needs cleaning and not suitable for floating head type and fixed tube plate occasions, especially suitable for the tube away clean and not easy to scale the high temperature, high pressure, strong corrosive materials. U type heat exchanger main structure consists of a tube box, cylinder, head, tube, pipe, baffle plate, front panel and draft tube, short circuit protection structure, support and other accessories such as pipe shell. The design for the two types of pressure vessels, design temperature and pressure are very high, so high design requirements. The heat exchanger adopts a pipe shell, stainless steel tube manufacturing. In the design of the structure design of the heat exchanger, intensity and components selection and process design. Key words: U type heat exchanger, structure, design and calculation 摘要 本次设计的题目为汽提塔冷凝器。汽提塔冷凝器是换热器的一种应用，这里我设计成浮头式换热器。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗。在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，采用了1-2型，即壳侧一程，管侧两程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，之后对各部分进行校核。 本次毕业设计任务是流量为3500kg/h，浮头式换热器的机械设计，工作压力管程为0.43MPa、壳程为0.042MPa，工作温度管程为61℃、壳程为80℃。 通过本次毕业设计，我熟悉了浮头式换热器的工艺流程，掌握了浮头式换热器的结构及计算方法，了解了浮头式化热器的制造要求及安装过程。但是，限于经验不足和水平有限，一定存在缺点甚至错误之处，敬请老师批评指正。 关键词：换热器；浮头式；管程；壳程 Abstract The topic of my study is the design of . is one of applications heat exchanger.In here, my design is the floating head heat exchanger. The floating head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed，while another can float in the shell，so called floating head. As the tubes can expand without the restriction of the shell，it can avoid thermal stress. Another advantage is that it can be dismantled and clean easily . It is widely used in chemical industry. In this study an overall design of the floating head heat exchanger is carried out .According to the demand the type 1-2 is chosen to be the basic type，which has one segment in shell and two segment in tubes. First，heat transfer is calculated to determine the heat exchange surface area and the number of tubes that needed. Then，according to the request and standards，structural of system is well designed. After that，the finite element analysis of the shell is completed. The graduation design task is 3500kg/h flow of the floating head heat exchanger, the mechanical design, working pressure tube 0.4 3MP, shell, work process of 0.042MP for 61 ℃, the temperature tube for 80 ℃shell cheng. Through the graduation design, I am familiar with the floating head heat exchanger process, mastered the structure of floating head heat exchanger and calculation method of floating head, learned the heat exchanger is manufacturing requirements and installation process. But, due to lack of experience and limited ability, certain shortcomings and even mistakes, please the teacher criticism and corrections. KEY WORDS：HEAT EXCHANGER；FLOATING HEAD；TUBE-SIDE；SHELL-SIDE 终版 曲树明2013-5-22 巨元瀚洋板式换热器工艺计算书 01 用户名称陵县供热公司编号JYR1304018G3 02 项目名称御府花都一期设备号 03 设计人曲树明审核人享成 04 设备型号TH15BW-1.6/150-91 日期2013-4-23 05 设备参数 06 单位回路A 回路B 07 流体名称水水 08 总流量m3/h 104.5 359.1 09 -液体m3/h 104.5 359.1 10 -汽体m3/h 0.0 0.0 11 -不凝气m3/h 0.0 0.0 12 单台流量m3/h 52.3 179.6 13 液相密度/汽相密度kg/m3966.9 / - 990.2 / - 14 比热容kJ/(kg.K) 4.2 4.1765 15 导热系数W/(m.K) 0.677 0.64 16 平均粘度cP 0.32 0.607 17 潜热kJ/kg - - 18 进口温度/出口温度°C 105.0 / 70.0 40.0 / 50.0 19 板间流速m/s 0.18 0.62 20 计算压降/允许压降kPa 1.69 / 50.0 19.39 / 50.0 21 总热负荷kW 4125. 22 富裕量% 108.1 23 换热面积（单台）m240.1 24 并联台数 2 25 总传热系数W /(m2.K) 2598. 26 平均温差°C 41.2 27 结构参数 28 工作压力MPa / / 29 设计压力/试验压力MPa 1.6 /2.08 1.6 /2.08 30 设计温度°C 150.0 150.0 31 流程数 1 1 32 板片数91 (X91) 33 板片厚度mm 0.6 34 净重/工作重量kg 1065 / 1237 35 长/宽/高mm / 36 板片材料316L 37 垫片材料EPDM 38 框架材料Q235-A 39 设计标准/ 接口标准NB/T47004-2009 / JB/T81-1994 40 接口口径DN150 DN150 41 接口材料EPDM Lining EPDM Lining . 流体流量进口温度出口温 度 压力 煤油 水 一．热力计算 1.换热量计算 2.冷却剂用量计算 由于水的压力较之煤油较大，黏度较之煤油也较大，所以选择水为壳程，煤油为管程。 3.换热面积估算 查图 得ε?t=0.85 传热面积估算： 取传热系数：K=450 取安全系数0.1： 4管径，管长，管数确定： 由流量确定管数： 煤油在管中的流速为0.8~1，取管程流体流速 常用换热管为与选用外径换热 管。 管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出： A=38.13 n=20 N=4 取管数 由换热面积确定管程数和管长： 由于是U型管换热器，由GB151-1999管壳式换热器查得有 2，4两种管程可选。 初选管程为4 考虑到常用管为9m管，为生产加工方便，选用单程管长8m 又考虑到单程管长8m会使得换热器较长，在选取换热器壳 体内径时，尽量选取较大的，以保证安全，因此换热器内 部空间较大，故选用较为宽松的正方形排布。 换热管材料 由于管程压力大于0.6MPa,不允许使用焊接钢管，故选择无 缝冷拔钢管。 按照GB—151管壳式换热器1999选取常用管心距 ；分程隔板两侧管心距 按下图作正方形排列 L=8m 布管限定圆 圆筒工程直径 DN=400 选择布管限定圆直径 由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程 直径的卷制圆筒，查得碳素钢，低合金钢圆 筒最小厚度不得小于8mm，高合金钢圆筒最小厚度不得小于 3.5mm 圆筒厚度计算： 选用壳体材料为现在工业生产中压力容器的常用材料 Q345R，为一种低合金钢。 按《GB150.1~.4-2011压力容器》中圆筒厚度计算公式： 计算压力 圆筒内径由选定的圆筒公称直径得 设计温度下的圆筒材料的许用应力由选定的材料Q345R从 GB150.2中查得 焊接接头系数 由于壳程流体为水，不会产生较严重的腐蚀，选取腐蚀yu 量 折流板间距 200mm 摘要 本文依据国家相关规范、标准，严格遵循GB151-99和GB150-98，着重介绍了U型管式换热器的传热工艺的计算，及物料与结构因素对换热能力的影响和换热器的机械设计，包括工艺结构与机械结构设计和换热器受力元件如管板的受力计算和强度校核，以保证蒸汽过热器安全运行，其中，前者主要是确定有关部件的结构形式，结构尺寸和零件之间的连接，如封头、接管、管板、折流板等的结构形式和尺寸，管板与换热管、壳体、管箱的连接等。还介绍了U 型管式换热器的制造、检验、安装和维修时应注意的事项。 关键词：蒸汽过热器传热计算结构设计强度校核 Abstract This thesis is based on relevant national, standards, and strictly follows the GB151-99 and GB150-98, emphatically introduces the calculation of heat technologic process of U-tube heat exchangers, the effect with the fluids and structure of heat exchanger, and design of kinds of mechanical structure, including structure of technologic process and mechanical structure and the loading conditions of objects of heat exchanger and strength check ,such as, tube sheet, aimed to make the heat exchangers work safely, the former is mostly related to component structural form and dimension, such as Vessel Head, nozzle, tube sheet, and baffle plate, and so on. And it also involves connection between tube sheet and accessories, shell and channel. Besides it also introduces some events to taking into account when manufacturing, inspecting, installing and maintaining. Key words: Steam superheater; Calculation of heat transfer; Design of structure; Strength check波节管换热器计算例题(国家容标委提供)
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