浮头式换热器的设计
浮头式换热器设计简介
浮头式换热器设计（PN1.3/0.9; W=41T/h）过程装备与控制工程姓名学号指导老师 XX 工程师摘要管壳式换热器是化学、石油化学及石油炼制工业中以及其它一些行业中广泛使用的热交换设备。
它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是化工单元的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。
浮头式换热器是釜壳式换热器的一种，其优点是：管束可以从壳体里面抽出来，便于清洗；管壳的变形不会受到壳体的约束，消除热应力。
浮头式的设计内容有：换热器的热力学计算；换热器的零部件材料选定；换热器的结构设计；换热器的强度校核。
关键字：管壳式换热器浮头式换热器设计内容AbstractShell and tube heat exchange is widely used in the heat exchanger of chemical. It can’t only used for heater and cooler individually etc. But also for some important accessory equipment of the chemical units. So it occupies an place in chemical production.The floating head exchange is one of the shell and tude heat exchange.Tube bundle can be pumping out from the inside of the shell for easy to cheaning;The themcal deformation of the tube bundle will not be constraint of the shell by elimination of heat stress.The design of a floating head exchanger typically includes:The thermodynatic cacnlationof the heat exchanger;The components’ materials selection of the heat exchanger;Structural design of the heat exchanger;The components thickness colcnlation and strength checking of the heat exchange.Keywords:shell and tube exchanger; Floating head heat exchanger; Components of the design一、前言换热器是将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
浮头式换热器的设计
浮头式换热器的设计一、结构设计1.管束：由多根管子组成，一般采用导热性能好、抗腐蚀性强的材料，如不锈钢、铜合金等。
2.壳体：壳体通常由圆筒形成，材料通常选用碳钢、不锈钢等。
3.浮头：浮头可以移动，其作用是分离进出口两种介质，便于维修和清洗。
浮头由盖板、支撑节、密封垫片等部分组成，密封垫片既保证了浮头与壳体之间的密封性，又使浮头能够自由上下移动。
4.支撑件：支撑件用于支撑管束，保证其在壳体内的稳定性和均衡分布。
5.端面密封件：端面密封件用于保证管束与壳体之间的密封，常见的有O形圈、金属防喷卡环等。
6.进出口管道：进出口管道用于引入和排出介质，尺寸和位置需根据实际需要进行设计。
二、工作原理具体过程如下：1.高温介质进入换热器的壳体，通过管堂进入管束内部，经过管束与壳体之间的热量传递，从而使介质温度降低。
2.低温介质进入壳体，在管束外部流动，通过壳体与管束之间的传热，使介质温度升高。
3.热量通过管束和壳体之间的传导、对流和辐射传给低温介质，完成热量传递过程。
三、选型在设计浮头式换热器时，需要根据实际工艺条件和要求进行选型。
首先，确定所需换热功率和介质的工艺参数，如温度、流量等。
然后，根据换热器的结构和材料要求，选择合适的规格和型号。
关键的选型参数包括管子的直径、管程壳程的流通方式、壳程与管程之间的布置方式和导热面积。
此外，还要考虑换热器的可靠性、耐腐蚀性和维修便利性等因素，以确保换热器在运行期间的稳定性和长期效益。
四、运行维护1.定期清洗：定期清洗管束和壳体的内表面，清除污垢和沉积物，以保证换热效果。
2.定期检查：定期检查管束和壳体的密封状况，确保密封件的完整性和可靠性。
3.检修：在必要时，对浮头、支撑件和端面密封件进行检修或更换，以保证其正常运行。
4.防腐保温：根据介质的特性和工艺要求，对换热器进行防腐处理和保温处理，延长使用寿命。
总结：浮头式换热器是一种常见的热交换设备，其结构设计合理、工作原理清晰。
浮头式换热器设计任务书
武汉工程大学2014年3月设计任务书一．设计条件二．设计任务与内容1．工艺设计计算①确定设计方案选择换热器类型，确定物料流程，确定物性参数②估算传热面积确定换热量、平均温差、传热面积、冷却水流量③工艺结构参数确定根据工艺计算，合理确定介质流向与换热管的结构尺寸，如管壳程数、壳体及进出口接管直径，换热管规格尺寸与数量，折流板排列形式与间距，管板直径及管子排列方式等。
④换热流量核算⑤换热器内流动的流体阻力核算2．结构设计①筒体、管箱、法兰、浮头盖、管板、开口补强、支座等主要受压部件与元件的选材，结构选型与设计，强度计算与校核；②编制法兰计算程序，并按指定要求进行探讨性计算；③管束的振动计算及防震设计部分3．绘制全部施工图，包括装配图、部件图、零件图等总计约1号图幅6张。
4．编制管箱、法兰、管束、管板、浮头盖、外头盖等主要零部件的加工制造工艺及其装配程序，并制订管、壳程的试压方案及程序。
5．主要受压元件的材料选择及其可焊性评价与焊接材料选择说明。
6．编写设计说明书。
三．设计说明书的基本内容与要求设计说明书的作用是对自己所作的设计作出书面计算与论证，其基本内容依次为：题目、目录、前言、设计条件及所依据的主要设计标准、设计计算、加工工艺及试验等的说明，以及专题论证、电算程序与结果、造价概算和主要参考资料等。
前言中应概述设计作品在工艺装配中的功用、操作、维护要求和结构特点，主要设计内容简介，设计中的结构改进或创新，设计所遵循的标准规范等。
设计条件是指自己具体设计设备的操作条件，如介质性质、操作温度和压力等。
计算与论证为说明书的主体，包括除前言和设计条件外的全部上述内容。
设计说明书要求格式规范统一，条理清楚，图文并茂，文理通顺，书写整洁。
参考资料书写格式为：序号作者书刊名称出版社年月设计指导书一. 毕业设计的目的1．运用所学基础与专业理论知识进行实际设备设计的全面训练，以掌握设备设计的基础思路、方法与内容。
2．综合训练和提高设计调研、文献查阅、方案论证、计（电）算、绘图及设计文件编制等基本技能。
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
六管程浮头式换热器设计
六管程浮头式换热器设计摘要换热器是化工、炼油等生产中最常见的过程设备之一，是用于物料之间进行热量传递的过程设备，使热量从热流体传递到冷流体的设备。
在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，使产品的单位能耗降低，从而降低产品的成本已获得好的经济效益。
在化工厂中，换热器所占比例也有了明显提高，成为最重要的单元设备之一。
本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要进行了换热器的工艺计算，换热器的结构和强度设计。
并且阐述了换热器的特点、换热器设备及其发展现状、国内发展趋势和研究热点以及换热器的分类，同时说明了浮头式换热器的优点，介绍了换热器的结构设计，换热器主要零部件结构的设计及压力容器常用材料等。
计算部分主要对浮头换热器的筒体、封头和法兰进行了详细的计算，并对其进行了水压试验的校核；还对换热管、管板、折流板、鞍座和钩圈等各个受压元件按照GB-150和GB-151的标准进行简单的结构设计，使其屈服应力在许用应力范围内。
除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了各个零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。
关键词：浮头式换热器；换热管；校核Six tube heat exchangers designAbstractHeat exchanger is widely used in chemical,oilrefining ect.It is used in materials to carry on the thermal transmission the process. At present, in large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry installment, each kind of heat transfer the combination can reasonably use each rank fully the energy, cause the production the unit energy consumption to reduce, thus reduce the production the cost to obtain the high economic efficiency. Thus, in the large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry production process, the heat exchanger obtains the more and more widespread application. In the chemical plant, the heat exchanger accounted for the proportion also to have the distinct enhancement, became one of most important unit equipment.The design manual is about floating head heat exachanger, which included technology, calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger. And described the characteristics of heat exchanger, heat exchanger equipment and the development of the status quo, development trend of domestic and research hot spots and the classification of heat exchanger, floating head at the same time illustrates the advantages of heat exchanger. Introduced the structural design of heat exchangers, heat exchanger design of the structure of the main components and pressure vessels commonly used materials. The main part of the calculation of the cylinder, head and flange of the calculation in detail, and its verification of hydraulic test; also heat exchanger, tube sheet，baffle，circle hooks，such as saddles and all by pressure components in accordance withthe GB-150 and GB-151 standard for strength calculation, checking water pressure test intensity to yield stress in the range of allowable stress. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts, but also a translation of a foreign languages and so on.Keywords :Floating Head Heat Exchanger; Heat Exchanger Tube;Check目录1 换热器概述 (1)1.1换热器的历史 (1)1.2换热器的概念及工作原理 (4)1.3换热器的分类 (4)1.4浮头式换热器的简介 (10)2浮头式换热器的设计 (11)2.1设备材料选择 (12)2.2设计参数的确定 (13)2.2.1设计压力 (13)2.2.2设计温度 (13)2.2.3厚度及厚度附加量 (14)2.2.4焊接接头系数 (14)2.2.5许用应力 (15)2.3结构的选择与论证 (16)2.3.1换热管 (16)2.3.2管板 (16)2.3.3管束分程 (17)2.3.4封头 (18)2.3.5折流板 (18)2.3.6开孔和开孔补强设计 (20)2.3.7法兰 (21)2.4各部件连接方式及结构 (22)3计算部分 (24)3.1后端管箱筒体计算 (24)3.1.1厚度计算 (24)3.1.2压力试验时应力校核 (25)3.1.3压力及应力计算 (25)3.2前端管箱封头计算 (26)3.2.1厚度计算 (26)3.2.2压力试验时应力校核 (27)3.2.3压力计算 (27)3.3前端管箱筒体计算 (27)3.3.1厚度计算 (28)3.3.2压力试验时应力校核 (28)3.3.3压力及应力计算 (29)3.4外头盖封头的计算 (29)3.4.1厚度计算 (30)3.4.2压力试验时应力校核 (30)3.4.3压力计算 (31)3.5浮头盖的设计计算 (31)3.5.1球冠形封头厚度计算 (31)3.5.2浮头法兰厚度计算 (33)3.6壳体圆筒计算 (41)3.6.1厚度计算 (41)3.6.2压力试验时应力校核 (42)3.6.3压力及应力计算 (42)3.7管板设计 (43)3.7.1符号说明 (43)3.7.2管板厚度计算 (44)3.7.3换热管的轴向应力校核 (47)3.7.4换热管与管板连接的拉脱力校核 (48)3.8开孔补强 (49)结论 (53)谢辞 (54)参考文献 (55)1 换热器概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，又称热交换器。
1.浮头换热器设计统一要求
浮头换热器设计统一要求1.内导流筒（或防冲板）2.设计参数：管、壳程设计温度Ts=200℃；公称压力PN2.5，设计压力2.4；接管法兰公称压力4.0，标准HG/T20592焊接接头系数：0.85；C2=3；保温厚度：80；基础高度：3003.DN1400以上为4管程；其余2管程，1壳程4.换热管：φ25x2.5、管间距：32、转角正方形排列、管长6m/4.5m；换热管：φ19x2、管间距：25、转角正方形排列、管长6m/4.5m；5.折流板间距：300；缺口上下布置；折流板缺口采用最小弦高（0.2DN）并圆整至排管处6.管箱：B型7.法兰：管箱、管箱侧、外头盖均为凹面；外头盖侧凸面8.缠绕垫片：JB/T4719-92 0Cr19Ni9+柔性石墨；螺柱：JB/T4707-2000，浮头螺柱40Cr，其余40MnB、本设计采用B型中间（光杆）缩径；螺母：GB/T6175-2000 35#（正火）9.管束尾部设置环形支持板（可与折流板等厚），布置不开时可以不设；根据需要考虑设置防短路机构（水平隔板槽不设档管）；10.管板、折流板排管图可按VCAD软件然后加以调整11.总图图纸名称示例：浮头式换热器BES1200-2.5-380-6/25-2Ⅱ装配图图号：DN400 DN600 DN800 DN1000 DN1200 DN1400 DN1600 DN1800 FH025 FH085 FH151 FH202 FH256 FH282 FH292 FH3181、FHxxx-1-1 换热管径19、管长6m时的图号2、FHxxx-2-1，换热管径25、管长6m时的图号12.其余要求按JB/T4714标准13.图面布置按参考图14.最终文件：计算书、全套图纸、目录15.自然参数：地震设防烈度：7、分组：I、场地土：II、基本加速度：0.1g、基本风压：500Pa、地面粗糙度：B16.管箱采用整体补强，壳体采用补强圈补强17.换热管：10#（GB/T8163-2008）；II级管束；18 .管口公称直径（四个管口相同）：设备DN400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800管口100 150 200 250 300 350 400 45019. 主体材料：Q345R；内件结构用材料：Q235A20．型号的标注（如排不出标准参数中的管子数）：注：1.本套图不要求按比例（利于以后的图在本图面上修改设计）2.图面颜色、线形以参考图为准，字体按要求修改。
浮头式换热器课程设计说明书
浮头式换热器课程设计说明书(共25页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1.方案确定选择换热器的类型浮头式换热器：主要特点是可以从壳体中抽出便于清洗管间和管内。
管束可以在管内自由伸缩不会产生热应力。
换热面积的确定根据《化工设备设计手册》选择传热面积为 400m 2换热管数N 的确定我国管壳式换热器常用碳素钢、低合金钢钢管，其规格为φ19× 2、φ25× 、φ32× 3、φ38 × 3、φ57 × 等，不锈钢钢管规格为φ19 × 2、φ25 × 2、φ32 × 2、φ38 × 、φ57 × 。
换热管长度规格为、、、、、、、、等。
换热器换热管长度与公称直径之比，一般在 4～25 之间，常用的为 6～10。
管子的材料选择应根 据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。
选用32×3mm 的无缝钢管，材质为 0Cr18Ni9，管长为 6000mmn=A/πd 0L 3-5式 3-5：n —换热管数 A —换热面积m 2 d0—换热管外径mm L —换热管长度mm故 -3-3400n==6133.1432600010⨯⨯10⨯⨯根表拉杆直径 /mm表拉杆数量换热器公称直径DN/mm400＜d400≤d＜700700≤d＜900900≤d＜2600 44810拉杆需 10根。
换热管的排布与连接方式的确定换热管排列形式如图所示。
换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转正三角形、转三角形。
正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，故用的最为广泛，但管外不易清洗。
为便于管外便于清洗可以采用正方形或转正方形的管束。
换热管中心距要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和宽度。
管间需要清洗时还要留有进行清洗的通道。
换热管中心距宜不小于倍的换热管的外径。
浮头式换热器毕业设计
浮头式换热器毕业设计浮头式换热器毕业设计近年来，随着工业的快速发展和能源的日益紧缺，节能减排成为了各行各业的共同追求。
在众多的节能技术中，换热器作为一种重要的设备，扮演着至关重要的角色。
而浮头式换热器作为一种常用的换热设备，其设计和优化也成为了研究的热点之一。
浮头式换热器是一种常用于化工、石油、制药等领域的换热设备。
它由固定在壳体内的管束和可以上下浮动的浮头组成。
在换热过程中，热媒在管束内流动，而被换热介质则在壳体内流动，通过管壳两侧的传热界面进行热量的传递。
浮头式换热器的设计和优化旨在提高换热效率、降低能耗和减少设备的占地面积。
在浮头式换热器的设计中，流体力学和传热学是两个重要的研究方向。
流体力学研究主要关注流体在管束和壳体内的流动规律，以及流体的压降和速度分布等参数。
传热学研究则关注热媒和被换热介质之间的热量传递过程，包括传热系数、传热面积和传热效率等指标。
通过对流体力学和传热学的研究，可以优化换热器的结构和参数，提高其性能和效率。
在浮头式换热器的设计过程中，需要考虑多个因素。
首先是换热器的尺寸和形状。
尺寸和形状的选择直接影响到换热器的传热和流体力学性能。
一般来说，较大的尺寸和复杂的形状可以增加传热面积，提高传热效率，但也会增加设备的成本和能耗。
因此，在设计过程中需要综合考虑各种因素，找到最佳的尺寸和形状。
其次是换热器的材料选择。
换热器的材料需要具有良好的传热性能和耐腐蚀性能。
常用的材料包括不锈钢、铜、铝等。
不同的材料有不同的特点和适用范围，需要根据具体的工艺要求和工作环境选择合适的材料。
此外，还需要考虑材料的成本和可持续性，以及对环境的影响。
最后是换热器的操作和维护。
换热器的操作和维护对于其性能和寿命都有重要影响。
在操作过程中，需要合理控制流体的流量和温度，以及维持换热器的清洁和正常运行。
在维护过程中，需要定期清洗和检查换热器的管束和壳体，以防止堵塞和腐蚀等问题。
总之，浮头式换热器作为一种重要的换热设备，在工业生产中发挥着重要作用。
(完整word版)浮头式换热器课程设计
化工原理课程设计题目：列管换热器的设计教学院：专业:学生姓名：学号：指导教师：目录一、设计任务和设计条件 ...................................................................... 错误!未定义书签。
二、确定设计方案 (4)2。
1 选择换热器的类型 (5)2.2 流程 (6)三、确定物性数据 (6)3。
1 操作条件........................................................................... 错误!未定义书签。
3.2 物性参数 (6)四、估算传热面积 (7)4.1 传热量 (7)4.2 冷却水用量 (7)4。
3 平均温差 (7)4.4 初算总传热面积 (7)五、工艺结构尺寸 (8)5。
1 管径和管内流速 (8)5。
2 管程数和传热管数 (8)5.3 平均温差校正及壳程数 (8)5。
4 传热管排列和分程方法 (8)5。
5 壳体直径 (9)5。
6 折流板 (9)5。
7 其他附件 (9)5.8 接管 (10)六、换热器核算 (10)6。
1 热流量核算 (10)6。
2 壁温核算 (12)6.3 换热器内流体的流动阻力 (13)七、换热器主要结构尺寸和计算结果 (14)八、参考文献 (15)九、设计总结 (15)(完整word版)浮头式换热器课程设计符号说明英文字母B-—折流板间距，m；d-—管径，m;D——换热器外壳内径，m；—-摩擦系数；F——系数；h——圆缺高度，m；K——总传热系数,W/(m2·℃）；L——管长,m；m—-程数；n——指数；N——管数；NB-—折流板数;Nu-—努塞尔特准数;P—-压力，Pa；Pr——普兰特准数;Q—-传热速率，W；r——半径，m；R——热阻，m2·℃/W；Re——雷诺准数；A——传热面积，m2；t——冷流体温度，℃；a--管心距,m；T——热流体温度，℃；u——流速，m/s；—-质量流量,kg/s，—-体积流量，m3/s。
浮头式换热器设计说明书
这类换热器是在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋状传热管的方向相反，并采用一定形状的定距件使之保持一定的间距。它适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大量且管内介质操作压力较高的场合。
1.
在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。它的基本结构是在壳体内放置了许多管子组成的管束，管子的两端（或一端）固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和定距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两册的端盖上装有流体的进出口。
（1）实现所规定的工艺条件
（2）强度足够及结构可靠
（3）便于制造、操作与维修
（4）经济上合理
1.3
在进行换热器设计时，对换热器各种零，部件的材料，应根据设备操作压力，操作温度，流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备操作压力和操作温度，即从设备的强度和刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。
管壳式换热器虽然在换热效率，设备结构的紧凑性和单位面积的金属消耗量等方面都不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、能承受较高的操作压力和温度。在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设计题目：浮头式换热器的设计一、前言本次课程设计的题目是浮头式换热器的设计。
目的是培养我们综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。
目标为：设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。
设计条件如下：管程和壳程的压力均不大于1.0MPa ，管程和壳程的压力降均不大于30kPa 。
物料为庚烷，W h =1750t/d 。
这次设计中的主要内容为换热器的工艺计算、换热器的结构与强度设计。
其中，工艺计算主要是确定换热器的换热面积、换热器的选型、压降计算、壁温计算等；而结构与强度设计则主要包括：管板厚度计算、换热管的分布、折流板的选型、浮头盖及浮头法兰的计算、开孔补强计算以及各种零部件的材料选择等。
二、方案设计1、冷却剂的选用：冷水，1t ＝30℃；2、换热器型式的选择：浮头式；3、流体管壳程的选择：冷水走管程，庚烷走壳程；4、流体流动方向的选择：二管程+单壳程； 三、工艺设计1、查出物料的正常沸点：1T ＝98.4℃2、选定物料的出口温度：2T ＝46℃3、选定加热剂的进出口温度：1t ＝30℃，2t ＝43℃4、计算逆流传热平均温度差：1212(98.443)(4630)31.7(98.443)ln ln(4630)m t t t C t t ∆-∆---∆===︒∆--∆逆 5、校正传热平均温度差：1221211198.4464433043300.1998.430T T R t t t t P T t --===----===--根据查表可得，()f R P ϕ=⋅ =0.87m .t 0.8731.727.6m t C ϕ∆=∆=⨯=︒折逆6、计算出定性温度T m 、m t 和管壁定性温度sm t()1211(98.446)72.222m T T T C =+=+=︒（庚烷） 1211()(4330)36.522m t t t C =+=+=︒ （冷水）11()(72.236.5)54.422sm m m t T t C =+=+=︒ （管壁）7、 查出物料和加热剂的物性参数：管壁（铜）的导热系数选为381.3/w m k ⋅ 8、计算热负荷：62117501000()2369.7(98.446) 2.51510243600h ph Q W c T T W ⨯=-=⨯⨯-=⨯⨯9、根据总传热系数K 的大致范围，初选总传热系数定 0K ＝5002/(.)W m K 10、初算传热面积：6200 2.51510182.3950027.6m Q S m K t ⨯===∆⨯折11、根据工艺条件，选定公称压力 1.0PN MPa =12、根据流体物性，选定换热管材为铜13、由初算传热面积0s 和选定的公称压力PN ，初定换热器的工艺尺寸：14、计算物料的流量c W 和加热剂的流量h W ：()621 2.5151046.35/4174(4330)c pc Q W kg s c t t ⨯===-⨯-15、计算管程流速i u ：46.350.87/993.40.0539i i i i i V W u m s A A ρ====⨯ 因为i u 在0.5-3m/s,所以满足要求 16、计算管程对流传热系数i α：管程中的冷水n=0.40.80.40.023p i i i i i i i i i C u d u d λραμλ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0.40.8440.6290.0150.87993.441747.1100.0230.0157.1100.629--⎛⎫⨯⨯⨯⨯⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭)24594.27w m k =⋅17、计算壳程当量直径e d 和流速0u222200440.0250.019440.02290.019e t d d m d ππππ⎛⎫⎛⎫-⨯-⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭===⨯ 2()0.15(0.8190.019)0.06617500000.48/2436006380.066c o o o o o o o A h D nd m V W u m sA A ρ=-=⨯-⨯=====⨯⨯⨯ 18、计算壳程对流传热系数0α：液体被冷却 0.140.95w μμ⎛⎫= ⎪⎝⎭满足要求,/5.1~2.0s m u o =14.003100055.00000036.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=w p e e C u d d μμλμμρλα10.554340.1070.02290.486382369.7 2.5100.360.950.0229 2.5100.107--⎛⎫⨯⨯⨯⨯⎛⎫=⨯⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭()2792.3w m k =⋅19、根据冷热流体的性质及温度，选定污垢热阻：5217.610/Si R m C w -︒=⨯⋅和52017.610S R m C w -=⨯⋅ 20、计算总传热系数'K ：00.0190.0150.016920.019ln ln0.015o i m id d d m d d --=== λ＝381.3()/w m k ⋅0000'0111Si S i i i m d d d b R R K d d d αλα=⋅+⋅+⋅++5510.0190.0190.0020.019117.61017.6104594.270.0150.015381.30.01693792.3--=⨯+⨯⨯+⨯+⨯+ 得 K '=514.77()k m w ⋅2 21、计算传热面积'S ：622.51510`177.16`514.7727.6m Q S m K t ⨯===∆⨯折22、核算实际面积:'213.51.15 1.205 1.25177.16S S <==<，符合要求 23、核算压力降： ⑴ 管程压力降：440.0150.8218812.5Re 2.1085104.7510i i ii id u ρμ-⨯⨯===⨯⨯ 对于铜,取ε＝0.015，i0.150.001d 15ε＝＝ 查表得0.027λ＝1.5t F =，1=S N ， 2p N =2216993.40.870.027 1.54578.0420.0152i i e c i u l P Pa d ρλξξ⎛⎫⨯⎛⎫∆=++=⨯+⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 222993.40.87331116.622i i u P Pa ρ⎛⎫⨯∆==⨯= ⎪⎝⎭()12itps P P P F N N =∆+∆∑()4578.041116.6 1.51217.0830KPa KPa =+⨯⨯⨯=<⑵壳程压力降： F ＝0.4 c n ＝19400040.02290.48638Re 2.815102.510e d u ρμ-⨯⨯===⨯⨯ ()0.22840.22802'00105.0Re 5.0(2.81510)0.48360.160.111390.1512B c B f L N h u P Ff n N ρ--=⨯=⨯⨯=--=-=-≈∆=+()26380.480.40.4836193912⨯=⨯⨯⨯+⨯10900.2Pa = 225.3200'2u D h N P B ρ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆221506380.4839 3.58002⨯⨯⎛⎫=⨯-⨯⎪⎝⎭9036.5Pa = ()()''01210900.29036.5 1.151ssP P P F N ∆=∆+∆=+⨯⨯∑22.9330KPa KPa =<满足设计要求 四、结构设计1、根据GB151-99P21表8，选定圆筒厚度为12mm2、椭圆形封头（JB/T4737-95）：3、管箱短节厚度（GB151-99P20）：12mm4、压力容器法兰：（JB4701-92（2个甲型凹型），JB4703-92（长颈凹型））甲型平焊法兰（凹面密封面）：长颈凹型：(mm)5、外头盖侧法兰（JB4721-92（凸型）(mm)DN D D D D DδH h6、管板（《化工过程及设备设计》P28~36）： 固定式板式浮动式管板式已知：Φ = 19， D = 800， PN = 1.0MPa ，p N = 2，查得7.钩圈式浮头（GB151-99P82图50） B 型0 i 1n 2n i f i f i 1n L i 12i b=4mm b =5mm b =15mm b =b +1.5 =15 +1.5=16.5mm c=65mm D =800mmD =D +80=800 +80 =880D =D -2(b + b )=800-2(5+15)=760mmD =D -2(b + b +b)= 800 -2(5+16.5 +4)=749 mm D = D +100= 800+100=900⨯⨯⨯0i 1mm D =D -2b =800-25=790mm ⨯8、分程隔板（GB151-99P20表6和图9）分层隔板的最小厚度为：10mm δ=9、分程隔板槽两侧相邻管中心距（GB151-99P24表12和图12）10、布管限定圆（GB151-99P25表13和图13）1n 2n L i 12D=800, b>3,b=4mm b =5mm b =15mmb =b +1.5 =15+1.5=16.5mm D = D -2 (b +b +b ) = 800-2(5+16.5+4) = 749mm⨯由查得 取11、拉杆的直径、数量和尺寸（GB151-99P77~78表43、表44、表45和图42）12、拉杆孔（GB151-99P27公式(16)、P28图16(b)）螺孔深度：mm d l n 18125.15.12=⨯==13、换热管与管板的连接（强度焊）（GB151-99P71表33和图34(a)）14、折流板的厚度和外径（GB151-99P74表34、P75表41）折流板的最小厚度为：min 6mmδ=15、接管（《化工单元设备设计》P33和《化工原理》P350热轧无缝纲管） a ．壳程中物料庚烷适宜流速s m u /0.3~5.1= 物料初选u=1.8m/s0.149m i d === 选择所以选取管的规格为159 4.5mm φ⨯ 核算,224417500001.79m/s (0.1590.009)638i V u d πρπ⨯===⨯-⨯ 符合1.5m/s<u<3 m/s,故可选管的规格为159 4.5mm φ⨯ b ．管程中冷水适宜流速 1.0~1.5/u m s = 初选0u ＝ 1.4m/s折流板名义外直径:4.5800 4.5795.5DN mm -=-=折流板直径允许偏差: 0-0.800.206d m === 选择所以选取管的规格为2196mm φ⨯ 核算,224446.351.38m/s (0.2190.012)993.4i V u d πρπ⨯===⨯-⨯ 符合 1.0m/s<u<1.5m/s, 故可选管的规格为2196mm φ⨯ 16、管法兰（《化工单元设备设计》P256~258，HG20593-97）：17、防冲板或导流筒（GB151-99P78~79）由于管程不采用轴向入口且3/i u m s <，所以不用设置防冲板壳程()2222638 1.792044.2/(.)2230/(.)kg m s kg m s ρυ=⨯=<，故不需设防冲板 18、鞍式支座（《化工单元设备设计》P263~267，JB/T4712-92），建议选BI 型19、组装尺寸（JB/T4714-92P13~15）五、设计体会时间如流水，转眼之间我们的课程设计即将结束。