列管式换热器课程设计
第1章工艺流程
1.1 ARGG装置
ARGG装置包括反应-再生、分馏、吸收塔、气压机、能量回收及余热锅炉、产品精制几部分租成，ARGG工艺以常压渣油等重油质油为原料，采用重油转化和抗金属能力强，选择性好的ARG催化剂，以生产富含丙烯、异丁烯、异丁烷的液化气、并生产高辛烷只汽油。
1.2工艺原理
1.2.1催化裂化部分
催化裂化是炼油工业中最重要的二次加工过程，是重油轻质化的重要手段。它是使原料油在适宜的温度、压力和催化剂存在的条件下，进行分解、异构化、氢转移、芳构化、缩和等一系列化学反应，原料油转化为气体、汽油、柴油等主要产品及油浆、焦炭的生产过程。催化裂化的原料油来源广泛，主要是常减压的馏分油、常压渣油、减压渣油及丙烷脱沥青油、蜡膏、蜡下油等。随着石油资源的短缺和原油的日趋变重，重油催化裂化有了较快发展，处理的原料可以是全常渣甚至是全减渣。在硫含量较高时，则需用加氢脱硫装置进行处理，提供催化原料。催化裂化过程具有轻质油收率高、汽油辛烷值较高、气体产品中烯烃含量高等特点。
催化裂化生产过程的主要产品是气体、汽油和柴油,其中气体产品包括干气和液化石油气，干气作为本装置燃料气烧掉，液化石油气是宝贵的石油化工原料和民用燃料。
催化裂化的生产过程包括以下几个部分：
反应再生部分：其主要任务是完成原料油的转化。原料油通过反应器与催化剂接粗并反应，不断输出反应物，催化剂则在反应器和再生器之间不断循环，在再生器中通入空气烧去催化剂上的积灰，恢复催化剂的活性，使催化剂能够循环使用。烧焦放出的热量又以催化剂为载体，不断带回反应器，供给反应所需的热量，过剩的热量由专门的取热设施取出并加以利用。
分馏部分：主要任务根据反应油气中各组分沸点的不同，将他们分离成富气、粗油气、轻柴油、回炼油、油浆，并保证油气干点、轻柴油的凝固点和闪点合格。
吸收稳定部分：利用各组分之间在液体中溶解度的不同把富气和粗油气分离成干气、液化气、稳定汽油。控制好干气中的C3含量、液化气中的C2和C5含量、稳定汽油的10%点。
1.2.2工艺精制部分
本装置选用的胺法气体脱硫工艺技术成熟可靠。干起、硫化气中含有硫化氢、二氧化碳等有害气体，既影响产品的使用，又造成环境污染，因此在使用之前必须进行脱除。脱硫化氢常用的方法是醇胺吸收法，即以弱的有机碱为吸收剂，分别在肝气、液化气脱硫塔内干气、液化气进行逆流接触，干气和液化气中的硫化氢和部分二氧化碳被胺液吸收，使干气和液化气得到净化。胺液吸收硫化氢和二氧化碳使一个可逆过程。吸收了硫化氢和二氧化碳的富胺液在低压下经加热二分解，释放出硫化氢和二氧化碳。利用这种可逆反应，使富胺液经过溶剂再生塔得到再生而成为贫液，同时产生含有硫化氢和二氧化碳的酸性气。贫液作为吸收剂循环使用，酸性气至下游硫磺回收装置。
汽油脱硫醇工艺采用的固定床无碱脱臭（II ）系国内最新开发的工艺。该工艺已经过工业化试验，并通过了中国石化总公司发展部组织的技术鉴定，可减少废碱排放。ARGG 装置生产的汽油含有硫醇和硫化氢等有害物质，使汽油的产品质量达不到要求，必须进行精制加以脱除。本装置采用固定床无碱脱臭（II ）工艺，该工艺脱硫醇效果好，产品不会带碱。其脱硫醇基本原理为：汽油所含的硫醇在反应器里与通入的空气中的氧在催化剂存在下被氧化成二硫化物（R-SSR ），使存在于汽油中的臭味被消除，生成二硫化物的反应过程如下：
O 2H 2RS S R O 4RS H 2催化剂
2+??→?+ O H S S R R 1/2O RS H S H R 2'催化剂2'+??→?++
液化气脱硫醇工艺采用无碱脱硫醇工艺胺法脱硫液化气，技术成熟、可靠。液化气通过固定床反应器后，脱除S H 2并借助液化气自身的含氧和催化剂作用发生催化氧化反应，使其中的硫醇转化为二硫化物。
1.3工艺流程
吸收塔顶操作压力1.3MPa （绝），从D-10301来的压缩富气进入吸收塔C-10301自下而上逆流与来自D-10201来的粗汽油和补充吸收剂泵P-10304/1、2送来的稳定汽油（补充吸收剂）逆相接触。气体中的及以上的更重要组分大部分被吸收，剩下含有少量吸收剂（贫气）去再吸收塔C-10303，为了取走吸收时放出的热量，在吸收塔用P-10302/1～4分别抽出四个中段回流，经中段回流冷却器E-10307/1～8冷却后再返回吸收塔。在D-10301中平衡汽化得到的凝缩油由凝缩油P-10301/1、2抽出后，经脱吸塔进料-稳定汽油换热器E-10302/1-2换热至55进入脱吸塔C-10302顶部。脱吸塔顶操作压力 1.4MPa （绝），温度50，脱吸塔底部由脱吸塔底重沸器E-10301/1.2提供热量。用分馏部分中段回流作为热载体，以脱出凝缩油中的组分。
塔底抽出的脱乙烷汽油送至汽油稳定系统。贫气从吸收塔顶出来进入再吸收塔C-10303，操作压力1.25MPa（绝）。与从分馏部分来的贫吸收油（轻柴油）逆流接触，已脱除气体中夹带的轻汽油组分，经吸收后的气体（干气）送至脱硫装置，富吸收油则靠再吸收塔的压力自流至E-10205/1-2，与贫吸收油换热后再返回分馏塔。
汽油稳定系统乙烷汽油从脱吸收塔底出来，自压进入稳定塔进料换热器E-10303/1-4,和稳定汽油换热后进入稳定塔C-10304。塔的操作压力1.15MPa(绝),丁烷和更轻的组分从塔顶馏出，经过塔顶冷凝器E-10308/1-8冷却进入塔顶回流罐D-10302，液体产品－液化气用稳定塔顶回流泵P-10305/1-2升压，大部分作为稳定塔顶回流，另一部分作为化工原料送至脱硫装置。稳定汽油自塔底靠本身压力依次进入E-10303/1-4、E-10302/1-4，换热后再进入稳定汽油－除盐水换热器E-10310/1-2、稳定汽油空冷器EC-10302/1-4、稳定汽油冷却器E-10309/1-2，冷却到40。一部分作为补充吸收剂用P-10304/1.2送至吸收塔，其余部分送往脱硫装置。稳定塔底重沸器E-10304/1.2的热源来自分馏部分第二中段循环回流。
第2章 工艺计算
2.1设计参数
通过第一章的工艺流程说明，了解了一套装置的工艺、设备以及操作方面的知识。本次设计主要以设计一台换热器为依据详细介绍设计工作的基本过程。
设计题目为：设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式换热器，处理能力为65t/h 水，水蒸气出口温度为158.7℃，水入口温度15℃，出口温度为75℃，允许的压降为管程壳程均为Pa 104。水和水蒸气的其他物性参数如下所示： 水蒸气的定性温度：T=158.7℃
密度3
0 3.1686kg/m ρ=
气化潜热g 1901.1kJ/k
r = 粘度s 0.0135mPa μ0?= 水的定性温度：C 452
70)
(15T =+=
密度3
i 990.0kg/m ρ=
定压比热容)
C kg kJ 4.174Cp i ?=
热导率()
C m 0.6400W/λi
?=
粘度s 0.600mPa μi ?=
2.2计算传热面积
2.2.1 热流量
由水的处理量以及水的进出口温度可由式（2-1）计算出所需的热量0Q ΔT C W Q pc c =0 （2-1）
()4522kJ/s 15754.1743600
1000
650=-???=
=ΔT C W Q pc c
根据得出所需热量计算出平均传热温差m t ?
2
12
1ln Δt Δt Δt Δt Δt m -=
（2-2） C 111.083.7143.7
ln 83.7143.7ln
2
121
=-=-=
Δt Δt Δt Δt Δt m 式中：C 143.715158.71
=-=Δt ，C 83.775158.72 =-=Δt
求得C 111.0
=m Δt
2.2.2加热水蒸气用量
不考虑热损失，则加热水蒸气用量4522kJ/s 0==Q Q ， 水蒸气质量流量 2.38kg/s 1901.1
4522
====
r Q ΔT c Q G ph h 2.2.3计算传热面积0S
求传热面积需要先知道总传热系数K 值，根据资料查得和水与水蒸气之间的传热系数在 2326～()
C m 4652W/2 ?左右，先取K 值为()
C m 3000W/2 ?计算
由公式
m t KS Q Δ= （2-3）
得20013.6m 3000
1111000
4522=??=?=
m t K Q S
2.3主要工艺及结构基本参数
2.3.1管径和管内流速
常用换热管规格有Φ19×2mm 、Φ25×2mm(1Crl8Ni9Ti)、Φ25×2.5 mm(碳钢10)。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。综合考虑，对于本设计，换热管选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管，管内流速取u=0.5m/s 。
2.3.2管程数和传热管数
单程传热管数n 可依据传热管内径和流速确定按式（2-4）计算得
u d V
n i 24
π= （2-4）
1160.5
0.020.785990.0)
1000/(3600652=????=
按单程管计算，所需的传热管长度l 为
1.5m 116
0.0253.1413.6
≈??==
n πd S l o 由GB151，传热管长的规格有1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0等。现取传热管长L=2.0m ，则该换热器的管程数p N 为
12.0
1.5===
L l N p 传热管总根数N=116×1=116
2.3.3传热管排列
换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如图2-1至图2-5所示。
图2-1正方形直列 图2-2正方形错列 图2-3 三角形直列
图2-4三角形错列 图2-5同心圆排列
不同的排布方式有不同的优缺点，正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。鉴于本设计实例，易采用正三角形排列。管子与管板的连接，易采用焊接法。
当采用正三角形排列后，需要确定换热管各程相邻管的管心距在换热器中的几个具体位置以方便排管。
其中管中心距0t=1.25d =1.2525=32mm ?
横过管束中心线的管数c n
取整c n =12根
管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离
m 038.0025.05.15.100=?==d b
2.3.4计算壳体内径i D
在上一节中已经计算出换热管中心距t 、横过管束中心线的管数c n 以及管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离0b 由式（2-5）可计算出壳体内径i D
02)1(b n t D c i +-= （2-5）
得()m 428.0038.02112032.0=?+-?=i D 按壳体直径标准系列尺寸圆整，取i D =500mm 因为管长径比4500
2000==D L ，满足管长径比在4~10之间顾壳体内径i D =500mm 比较合适。
2.3.5换热管实际排管
根据壳体内径i D 、换热管中心距t 、横过管束中心线的管数c n 以及其排布方式绘出排管图，如图2-6所示。
图2-6换热管排布图
由图可见，中心管由12根时，按正三角形排布，可排126根，除去六根拉杆，实际排出120根换热管，教理论计算多出4根，满足换热条件，因此，实际排管数N=120根。
2.3.6实际传热面积S 及过程的总传热系数0K
由实际排管数N 、所需热量、换热管管径以及平均传热温差m t ?，可计算出实际传热面积S 及过程的总传热系数0K 。
2
0m 9.17)1.00.2(025.014.3120)1.0(=-??=-=l d N S π
)K W /(m 2275111
9.1710452223
0?=??=?=
m t S Q K
2.3.7折流板直径c D 、数量及其有关尺寸的确定
表2.1 折流板直径与壳体内径间的间隙
由表2-1可知，选取折流板与壳体间的间隙 为3mm ，因此 折流板直径mm 49432500=?-=c D 切去弓形高度h=0.25D=0.25500=125mm ? 折流板数量11
.00
--=
h L N B 取折流板间距0h =300mm ，那么B 2000-100
N =-1=6.3300
块 取整得B N =7块 实际折流板间距1900-100
h=
=237.5mm 7+1
2.4换热器核算
2.4.1换热器内流体的压力降
2.4.1.1管程压力降计算
管程压力降∑i ΔP 可由式（2-6）计算得出。
t p
s
i
F N
)N P P (ΔP 2
1
?+?=∑ （2-6）
其中：串联壳程数s N =1 ；
管程数 p N =1 ；
对于Φ25×2mm 换热管，结构校正系数为41.t
F =;
1P ?为流体流经直管段的压力；
2P ?为流体流经弯管段的压力，由于换热器为单程管，所以02=?p 。 计算1P ?可由公式（2-7）得出。
22
1u d l P i ρλ
=? （2-7） 其中：管程流体雷诺数Re 为
16500106.0990
5.002.0Re 3
=???=
=
-μ
ρ
u d i
由Re=16500，传热管绝对粗糙度0.02，查莫狄图得阻力i λ=0.0397。 则流体流经直管段的压力为
Pa
u d l p i 9.7362990
5.002.030397.02221=???==?ρλ； 所以管程压力降∑i ΔP 为:：
Pa P i
7.10314.11)09.736(=??+=?∑
∑i
ΔP 为1031.7Pa 小于10000Pa ，
管程流体阻力在允许范围之内。 2.4.1.2壳程压力降计算
与计算管程压力降同理，壳程压力降∑0ΔP 可由式（2-8）求得
S
S
N
F p p P )('2
'1
?+?=?∑
（2-8）
其中：流体流经管束的压强降为
2)
1(20'
1
o
B C u N N Ff P ρ+=? （2-9）
管子排列方式对压强降的校正因子，F=0.5
0f 为摩擦系数
壳程水蒸气的流速0u 为：
s
m d n D h V u c /73.9)025.075.0(2375.01686
.3/38.2)(00=?-=-=
壳程雷诺数
57094
100135.01686
.373.9025.0Re 3
00=???=
=
-μ
ρ
u d ，由于Re>500,
则 f 。=5.0/228
.0Re
=5.0/228
.057094
=0.412
流体流经管束的压强降'1P ?为
Pa
P 2966273.91686.3128412.05.02
'
1
=?????=?
同理可求出'2P ?
Pa u D h N P B 26772/73.91686.3)5.0/2375.025.3(72
)
25.3(22
'
2
=???-?=-=?ρ 综上可得出：
Pa P 56430.10.1)26772966(0
=??+=?∑
可见壳程压力降小于10000Pa ，符合设计要求。
2.4.2.热流量核算
首先计算管程给热系数i α:
上面已计算出管程雷诺数16500)10600.0/(0.9905.002.0Re 3=???=-i
则普朗特数： 26.364
.05
.0174.4Pr =?=
=
λu C p
则管程给热系数i α为：
4
.08.0Pr Re 023
.0i
i
i d λα= （2-10）
.k w/m 5.379326.31650002
.064
.0023.024.08.0=???
=
再计算壳程给热系数0α:
()()()()1
3
4
013
3
4
3
21.13990990 3.1686101901.1100.641.130.6102158.7456762/()
v s w g L t t W m K ρρργλαμ-??
-=?
?
-??
??
?-????=??????-??
=? 计算管程给热系数i α和壳程给热系数0α后，可计算得出总传热系数0K
i
i i si m o SO d d d d R d bd R K αλα00001
1++++= （2-11） 205.579325
202510105
.22101.525025.010*******
35?+??+???+?+=
--
.K W/m 1.256420=K 由于
()()
13.12275
1
.256400==
选计K K
满足1.10~1.40之间，所以本设计的换热器可适用。
第3章结构设计
3.1折流挡板
安装折流挡板的目的是为提高管外对流传热系数，为取得良好效果，挡板的形状和间距必须适当。对常用的圆缺型挡板，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。弓形缺口太大或太小都会产生“死区”，太大不利于传热，太小又增加流体阻力。
挡板的间距对壳程的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外对流传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍。我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、700mm、7种；浮头式有100mm、150mm、250mm、300mm、350mm、450mm、(或480mm)、600mm 8种。
3.2法兰
图3-1管箱法兰
换热器设备常用的法兰分为设备法兰和管法兰两类。
设备法兰标准有：JB 4710甲型平焊法兰选用压力范围为0.25～1.6MPa
JB 4702乙形平焊法兰选用压力范围为0.25～4.0MPa
JB 4703长颈对焊法兰选用压力范围为0.6～6.4 MPa 本设计选用JB 4701甲型平焊法兰选用压力范围为0.25～1.6 MPa。
甲型平焊法兰只有法兰环。一般采用钢板制作，必要时也可以采用锻件轧制，与圆筒体或封头角焊连接。由于法兰环与筒体或封头连接的整体性差，即该法兰的连接强度和刚度较小，因此只适用于温度、压力较低的场合。在现行的行业标准中，甲型平焊法兰只有四个压力等级（PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa），公称直径的适用范围也较小（DN300～2000mm），所用工作温度范围为-20～300℃。
3.3换热管
换热管的规格包括管径和管长。换热管的直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些，但对于不洁净或亦结垢的流体，管径应该取得大些，以免堵塞。目前我国试行的系列标准规定采用Φ25×2和Φ19×2两种规格，对于一般流体是适用的。此外还有Φ38×2.5，Φ57×2.5的无缝钢管。本设计选用Φ25×2规格的换热管。
我国生产的钢管系列标准中管长有 1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m，按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管长合理截取。同时管长又应与壳径相适应，一般管长与壳径之比，即L/D为3～4.5。本设计选用2m的管长。
管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑管外流体湍流程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对亦结垢流体更为适用。本设计选用正三角形的排列方式。
3.4 支座
化工压力容器及设备都是通过支座固定在工艺流程中的某一位置上的。支座的形式主要分三大类：立式容器支座、卧式容器支座、球式容器支座。卧式容器支座又可分为鞍式支座、圈式支座和支腿式支座，尤以鞍式支座使用最为广泛。
鞍式支座的结构特征：
1．鞍式支座标准分轻型（代号A）和重型（代号B）两种。轻型用于满足一般卧式容器使用要求；重型用以满足卧式换热器、盛装液体重度大和L/D大的卧式容器使用要求。
2．根据安装形式，鞍式支座分固定式（代号F）和滑动式（代号S）两种。
3．鞍式支座适用于卧式容器直径DN159～426（用无缝管件筒体）、300～4000（用卷制筒体）的范围内。
本设计选用鞍式支座。
图3-2 鞍式支座
3.5 压力容器选材原则
1.选用压力容器材料时，必须考虑容器的工作条件，如温度、压力和介质特征；材料的使用性能，如机械性能、物理性能和化学性能；加工性能，如材料的焊接性能和冷热加工性能；经济合理性能，如材料的价格、制造费用和使用寿命。
2.钢制压力容器用钢材应按照国家标准《钢制压力容器》中所列材料选用，标准中规定设计压力不大于35MPa，对于超出规定的，应进行具体分析，并进行试验，经过研究以后决定。
3.钢材的使用温度不超过各钢号许用应力中所对应的上限温度。但要注意的是，碳素钢和碳锰钢在高于425℃温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物的石墨化倾向。奥氏体刚的使用温度高于525℃时，钢中的含碳量不应小于0.04％，对于≤-20℃的低温容器材料用钢，还应进行夏比“V”型缺口冲击试验。
4.压力容器非受压元件用钢必须有良好的可焊性。
5.在考虑压力容器受压元件有足够强度的情况下，必须考虑他的韧性，以防止外加载荷作用下发生脆性破坏。
3.6垫片
设备垫片标准主要有：
JB4704非金属软垫片
JB4705缠绕垫片
JB4706金属包垫片
一般情况下，非金属软垫片适用于甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰。法兰密封面形式为光滑密封面或凹凸密封面。缠绕垫片适用于乙型平焊法兰、长颈对焊法兰。
非金属软垫片厚度一般根据容器直径选取：容器直径DN≤450mm时，厚度δ=2mm；容器直径DN>4500mm时,厚度δ=3mm。金属平垫片厚度一般为3～6mm。
垫片的选择要综合考虑操作介质的性质、操作压力、操作温度以及需要密封的程度；对垫片本身要考虑垫片性能，压紧用的次数。对高温高压的情况一般多采用金属垫片；中温中压可采用金属和非金属组合式或非金属垫片；中低压情况多采用非金属垫片；高真空或深冷温度下以采用金属垫片为宜。
第4章 强度计算
4.1 筒体壁厚计算
由工艺设计给定的设计温度155℃，设计压力c p =1.1p =1.1×0.099=0.0099MPa ，选低合金结构钢板16MnR 卷制。材料170℃时的许用应力
[]t
σ=170Mpa
（假设厚度为6～16mm 时）[12]
取焊缝系数φ=0.85，腐蚀裕度C 2=2mm 。 由厚度公式（4-1）得
[]2c t
c
P D P δσ?=
- （4-1）
计算厚度 []0.6500
1.62m m 21700.850.6
2c t c
P D P δσ??=
=
=??--
设计厚度
2224mm d C δδ=+=+=
对于16MnR ，取钢板负偏差10mm C =，根据钢板厚度标准取名义厚度
10mm n δ=。
4.2流体进、出口接管直径
变换气进出口接管1d ，取1u =40m/s ，那么
10.155m d =
=
经圆整采用DN150热轧无缝钢管(YB231-64)，实际变化进出口管内流速
冷却水进、出口接管2d ，取2u =2m/s ，那么
12
46500
39.8m/s 3600 3.1686 3.140.135u ?==???
20.108m d =
=
经圆整采用DN 100热轧无缝钢管，实际冷却水进、出口管内流速为
22
4 2.38
1.01m/s 990 3.140.055u ?==??
4.3其他结构尺寸
具体结构尺寸从有关手册所列标准中查取。
表4.1结构尺寸表
4.4支座反力
4.4.1计算设备质量
圆筒质量（两曲线间）
1() 3.14(0.480.01) 3.2100.017850304.97kg i n n s m D L πδδγ=+=?+???= 封头质量（曲面部分）2m 49.4kg = 容器容积（两切线间）：
22833.14
(300)0.48(3210300) 4.5710mm 4
4
i V D L π
=
-=
??-=? 封头容积（曲面部分）632.5410mm h V =?
附件质量 31234m m m m m ''''=+++ 其中：钢管质量
()()222210.2990.2870.15785020.0950.0830.157850216.95kg 44
m ππ
'=?-???+?-???=
换热管质量()2220.0250.0227850120332.76kg 4m π
'=?-???=
拉杆质量 230.0122785047.1kg 4
m π
'=????=
法兰质量 423.7kg m '=
所以 316.95332.767.123.7380.51kg m =+++=
容器内充液质量4m : 工作时，4000.4579900.85384.6kg m V γφ==??=
压力试验时，40.4571000457kg T m V γ'==?= 耐热层质量50kg m =
总质量：工作时，1234521119.48kg m m m m m m =+?+++=
压力试验时1234521191.88kg m m m m m m ''=+?+++=
4.4.2支座反力计算
由公式（4-2） 43
mg
q L h
=
+ （4-2） 得单位长度载荷
1119.489.8 3.6267N/mm 44
3.210150
33i mg q L h ?===++?
1191.889.8 3.8613N/mm 44
3.210150
33
i mg q L h ?'===++?
支座反力 1
0.51119.489.85485N 2F mg '=
=??= 1
0.51191.889.85840N 2
F m g '''==??=
所以总支座反力 ()max ,5840N F F F '''==
4.5筒体弯矩
4.5.1圆筒中间处截面上的弯矩
由圆筒弯矩公式（4-3）
()222
112/4413a i i R h L FL A M L L ??+-??=-????+
?? （4-3） 得工作时圆筒弯矩
()()5
222
122
12/44413122451505485321046004150432101332103.6110N mm
a i i R h L F L A M h L L ??+-?
?'=-????+
??
??+-????=-?????
+???=?? 压力试验时圆筒弯矩
()5222
112/4 3.8410N mm 4413a i T i
R h L F L A M h L L ??+-??
''=-=??????+??
4.5.2支座处横截面弯距
由公式（4-4）
列管式换热器课程设计作业
化工原理课程设计说明书 列管式换热器的选用和设计 苏州科技学院 班级应化0921 姓名朱子屹 指导教师杨兰 2011-6-30 目录 1 化工原理课程设计任务书 2 设计概述 3 换热器方案的确定 3.1 确定设计方案 3.2确定物性数据 3.3 计算总传热系数 4 计算换热面积 5 工艺结构尺寸 5.1 管径和管内流速 5.2 管程和传热管数
5.3 平均传热温差校正及壳程数 6传热管的排列和分程方法 7换热器核算 8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表 9 设计评述 10 参考资料 11 主要符号说明 12 特别鸣谢 1化工原理课程设计任务书 欲用井水将6000kg/h的煤油从140℃冷却至40℃，冷水进、出口温度分别为30℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于30kpa，试选择合适型号的列管式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。 名称水煤油 密度 994 825 比热 4.08 2.22 导热系数 0.626 0.14 粘度 0.725×10^-3 0.715×10^-3 2.概述和设计方案简介 换热器的类型 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，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，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，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目和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束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 2.1换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体
列管式换热器课程设计报告书
——大学《化工原理》列管式换热器 课程设计说明书 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 时间：年月日
目录 一、化工原理课程设计任务书............................................................................ . (2) 二、确定设计方案............................................................................ (3) 1.选择换热器的类型 2.管程安排 三、确定物性数据............................................................................ (4) 四、估算传热面积............................................................................ (5) 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量 五、工艺结构尺寸............................................................................ (6) 1.管径和管内流速 2.管程数和传热管数 3.传热温差校平均正及壳程数 4.传热管排列和分程方法 5.壳体内径 6.折流挡板 (7) 7.其他附件 8.接管 六、换热器核算............................................................................ . (8) 1.热流量核算 2.壁温计算 (10) 3.换热器内流体的流动阻力 七、结构设计............................................................................ . (13) 1.浮头管板及钩圈法兰结构设计 2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 3.管箱结构设计 4.固定端管板结构设计 5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.外头盖结构设计 7.垫片选择
化工原理设计：列管式换热器设计
化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计班级：09化工 设计者：陈跃 学号：20907051006 设计时间：2012年5月20 指导老师：崔秀云
目录 概述 1.1.换热器设计任务书 .................................................................... - 7 - 1.2换热器的结构形式 .................................................................. - 10 - 2.蛇管式换热器 ........................................................................... - 11 - 3.套管式换热器 ........................................................................... - 11 - 1.3换热器材质的选择 .................................................................. - 11 - 1.4管板式换热器的优点 .............................................................. - 13 - 1.5列管式换热器的结构 .............................................................. - 14 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理............................................ - 16 - 1.7确定设计方案.......................................................................... - 17 - 2.1设计参数................................................................................. - 18 - 2.2计算总传热系数...................................................................... - 19 - 2.3工艺结构尺寸.......................................................................... - 19 - 2.4换热器核算 ............................................................................. - 21 - 2.4.1．换热器内流体的流动阻力 (21) 2.4.2.热流量核算 (22)
列管式换热器的设计计算
列管式换热器的设计计算 晨怡热管2008-9-49:49:33 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4)饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。 (7)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2.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，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。 3.流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。两者是相互矛盾的。一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差。 4.管子的规格和排列方法 选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有 φ25×2.5mm及φ19×mm两种规格的管子。 管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。系列标准中也采用这四种管长。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。 如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，如第
列管式换热器设计方案计算过程参考
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 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。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
课程设计—列管式换热器
课程设计设计题目：列管式换热器 专业班级：应化1301班 姓名：王伟 学号： U201310289 指导老师：王华军 时间： 2016年8月
目录 1.课程设计任务书 (5) 1.1 设计题目 (5) 1.2 设计任务及操作条件 (5) 1.3 技术参数 (5) 2.设计方案简介 (5) 3.课程设计说明书 (6) 3．1确定设计方案 (6) 3.1.1确定自来水进出口温度 (6) 3.1.2确定换热器类型 (6) 3.1.3流程安排 (7) 3.2确定物性数据 (7) 3．3计算传热系数 (8) 3.3.1热流量 (8) 3.3.2 平均传热温度差 (8) 3.3.3 传热面积 (8) 3.3.4 冷却水用量 (8) 4.工艺结构尺寸 (9) 4.1 管径和管内流速 (9) 4.2 管程数和传热管数 (9)
4.3 传热管排列和分程方法 (9) 4.4 壳体内径 (10) 4.5 折流板 (10) 4.6 接管 (11) 4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11) 4.6.2 管程流体进出管时接管 (11) 4.7 壁厚的确定和封头 (12) 4.7.1 壁厚 (12) 4.7.2 椭圆形封头 (12) 4.8 管板 (12) 4.8.1 管板的结构尺寸 (13) 4.8.2 管板尺寸 (13) 5.换热器核算 (13) 5.1热流量衡算 (13) 5.1.1壳程表面传热系数 (13) 5.1.2 管程对流传热系数 (14) 5.1.3 传热系数K (15) 5.1.4 传热面积裕度 (16) 5.2 壁温衡算 (16) 5.3 流动阻力衡算 (17) 5.3.1 管程流动阻力衡算 (17) 5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)
课程设计报告,列管式换热器设计
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
列管式换热器设计
酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 2013 级石油化工生产技术专业 题目：列管式换热器设计 毕业时间： 2015年7月 学生姓名：陈泽功刘升衡李侠虎 指导教师：王钰 班级： 13级石化（3）班 2015 年 4月20日 酒泉职业技术学院 2013 届各专业 毕业论文（设计）成绩评定表
答辩小 组评价 意见及 评分 成绩：签字（盖章）年月日 教学系 毕业实 践环节 指导小 组意见 签字（盖章）年月日 学院毕 业实践 环节指 导委员 会审核 意见 签字（盖章）年月日 一、列管式换热器计任务书 某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。已知有机料液的流量为2.23×104 kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。 已知： 有机料液在71℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 定压比热容℃ 热导率℃
粘度 循环水在35℃下的物性数据： 密度 定压比热容K 热导率K 粘度 二、确定设计方案 （1）选择换热器的类型 （2）两流体温的变化情况： 热流体进口温度102℃出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度为40℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。 （3）管程安排 从两物流的操作压力看，应使有机料液走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。 三、确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为 T= =71℃ 管程流体的定性温度为 t=℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对有机料液来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。有机料液在71℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度
列管式换热器课程设计
（封面） XXXXXXX学院 列管式换热器课程设计报告 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日 目录
1、设计题目（任务书） (2) 2、流程示意图 (3) 3、流程及方案的说明和论证 (3) 4、换热器的设计计算及说明 (4) 5、主体设备结构图 (10) 6、设计结果概要表 (11) 7、设计评价及讨论 (12) 8、参考文献 (12) 附图：主体设备结构图和花版设计图 一．任务书
（一）设计题目： 列管式冷却器设计 （二）设计任务： 将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度 （三）设计条件： 1.处理能力：G=学号最后2位×300t物料/d； 2.冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为20~30C；加热器用热水或水蒸气为热源，条件自选； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.传热面积安全系数5～15％ 5.每年按330天计，每天24小时连续运行。 （四）设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.选择合宜的列管换热器并运行核算； 6.用Autocad绘制列管式冷却器的结构（3号图纸）、花板布置图（3号图纸）； 7.编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。） （五）设计进度安排： 备注：参考文献格式： 期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）：起止页码。专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。 二．流程示意图
列管式换热器课程设计
化工原理课程设计说明书列管式换热器的选用和设计
目录 1 化工原理课程设计任务书 2 设计概述 3 换热器方案的确定 3.1 确定设计方案 3.2确定物性数据 3.3 计算总传热系数 4 计算换热面积 5 工艺结构尺寸 5.1 管径和管内流速 5.2 管程和传热管数 5.3 平均传热温差校正及壳程数 6传热管的排列和分程方法 7换热器核算 8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表 9 设计评述 10 参考资料 11 主要符号说明 12 特别鸣谢
1化工原理课程设计任务书 欲用自来水将2.3万吨/年的异丁烯从300℃冷却至90℃，冷水进、出口温度分别为25℃和90℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于100kpa，试选择合适型号的列管式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。 名称水异丁烯 密度 996 12 比热 4.08 130 导热系数 0.668 0.037 粘度 0.37×10^-3 13×10^-3 2.概述与设计方案简介 换热器的类型 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，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，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，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定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束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 2.1换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。
列管式换热器的设计
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 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，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，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，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定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束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
列管式换热器设计
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（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，但管外不能机械清洗。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。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：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，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
列管式换热器设计(水蒸气加热水)要点
食品工程原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计 班级：食品卓越111班 设计者：张萌 学号：5603110006 设计时间：2013年5月13日~5月17日指导老师：刘蓉
目录 概述 1.1.换热器设计任务书 ......................................................................... - 7 - 1.2换热器的结构形式 ....................................................................... - 10 - 2.蛇管式换热器 ................................................................................. - 11 - 3.套管式换热器 ................................................................................. - 11 - 1.3换热器材质的选择 ....................................................................... - 11 - 1.4管板式换热器的优点 ................................................................... - 13 - 1.5列管式换热器的结构 ................................................................... - 14 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理 ............................................... - 16 - 1.7确定设计方案 ............................................................................... - 17 - 2.1设计参数........................................................................................ - 18 - 2.2计算总传热系数 ........................................................................... - 19 - 2.3工艺结构尺寸 ............................................................................... - 20 - 2.4换热器核算.................................................................................... - 21 - 2.4.1．换热器内流体的流动阻力 (21) 2.4.2.热流量核算 (22)
换热器计算步骤..
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 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 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
列管式换热器 (化工原理课程设计)
化工原理课程设计 题目：列管式换热器设计 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015 年-2016 年学年第1 学期
目录 设计任务书3 前言4 一．工艺说明及流程示意图5 1. 工艺流程5 酒精的工艺流程5 冷却流程图5 白酒加工工艺流程5 冷却流程5 2. 工艺说明6 流体流入空间的选择6 出口温度的确定(含算法程序)6 流速的选择7 计算平均温差8 二．流程及方案的论证与确定8 1. 设计方案的论证8 2. 确定设计方案及流程 8 选择物料8 确定两流体的进出口温度9 确定流程9 换热器类型的选择 9 三．设计计算及说明9 1. 流体物性的确定9 水的物性9 无水乙醇的物性9 2. 初步确定换热器的类型和尺寸9 计算两流体的平均温度差9 计算热负荷和冷却水流量10 传热面积10 选择管子尺寸11 计算管子数和管长,对管子进行排列,确定壳体直径11根据管长和壳体直径的比值,确定管程数12 3. 核算压强降12 管程压强降12 壳程压强降12 4. 核算总传热面积14 管程对流传热系数α014 壳程对流传热系数αi14 污垢热阻15
总传热系数K’15 传热面积安全系数 15 壁温的计算15 4. 7 偏转角的计算 (15) 四．设计结果概要表16 五．对设计的评价及问题的讨论17 1.对设计的评价 (17) 2.问题的讨论 (17) 六．参考文献18 七．致谢 八．附录：固定管板式换热器的结构图、花板布置图 设计任务书 设计题目：列管式换热器设计。 设计任务：将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度。 /d； 三、设计条件：1．处理能力G = 学生学号最后2位数×300 t 物料 2．冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为20～30℃；加热器用热水或水蒸汽为热源，条件自选。
列管式换热器设计课程设计说明
化工原理课程设计说明书列管式换热器设计 专业：过程装备与控制工程 学院：机电工程学院
化工原理课程设计任务书 某生产过程的流程如图3-20所示。反应器的混合气体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性组分。已知混合气体的流量为220301kg 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℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。 已知： 混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 3190kg m ρ= 定压比热容1 3.297p c kj kg =g ℃ 热导率10.0279w m λ=g ℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=?g 循环水在34℃下的物性数据： 密度 31994.3kg m ρ= 定压比热容1 4.174p c kj kg =g K 热导率10.624w m λ=g K 粘度310.74210Pa s μ-=?g
目录 1、确定设计方案 ............................................................................................. - 4 - 1.1选择换热器的类型 (4) 1.2流程安排 (4) 2、确定物性数据............................................................................................. - 4 - 3、估算传热面积............................................................................................. - 5 - 3.1热流量 (5) 3.2平均传热温差 (5) 3.3传热面积 (5) 3.4冷却水用量 (5) 4、工艺结构尺寸............................................................................................. - 5 - 4.1管径和管内流速 (5) 4.2管程数和传热管数 (5) 4.3传热温差校平均正及壳程数 (6) 4.4传热管排列和分程方法 (6) 4.5壳体内径 (6) 4.6折流挡板 (7) 4.7其他附件 (7) 4.8接管 (7) 5、换热器核算 ................................................................................................ - 8 - 5.1热流量核算 (8) 5.1.1壳程表面传热系数.......................................................................................... - 8 -5.1.2管内表面传热系数.......................................................................................... - 8 -5.1.3污垢热阻和管壁热阻...................................................................................... - 9 -5.1.4传热系数.......................................................................................................... - 9 -5.1.5传热面积裕度.................................................................................................. - 9 -5.2壁温计算. (9) 5.3换热器内流体的流动阻力 (10) 5.3.1管程流体阻力................................................................................................ - 10 -5.3.2壳程阻力........................................................................................................ - 11 - 5.3.3换热器主要结构尺寸和计算结果................................................................ - 11 - 6、结构设计 .................................................................................................. - 12 - 6.1浮头管板及钩圈法兰结构设计 (12) 6.2管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 (13) 6.3管箱结构设计 (13) 6.4固定端管板结构设计 (14) 6.5外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.6外头盖结构设计 (14) 6.7垫片选择 (14)
列管式换热器结构设计毕业设计论文
列管式换热器结构设计毕业设计论文 第一章换热器概述 过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%～20%；在炼油厂，约占总投资的35%～40%。 1.1 换热器的应用 在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。 随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。 1.2 换热器的主要分类 在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。 1.2.1 换热器的分类及特点 按照传热方式的不同，换热器可分为三类： 1.直接接触式换热器 又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两
种流体混合的场合。 2.蓄热式换热器 在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。 3.间壁式换热器 这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为： （1）管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等； （2）板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等； （3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 由于设计题目是浮头式换热器的设计，而浮头式又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图1-2-1所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。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。为提高管外流速，也可以在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。