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1、2023年2月13日星期一,第1页,列管式换热器设计,化工原理课程设计,2023年2月13日星期一,第2页,设计题目,拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下20的苯加热到80，苯的质量流量为50t/h单号苯的质量流量为40t/h双号试设计一列管式换热器。已知仓库中现有252.5mm，长6m的碳钢钢管,2023年2月13日星期一,第3页,设计内容,设计说明书布管图 187 169 114装配图 187 169,2023年2月13日星期一,第4页,设计步骤,一、确定定性温度、物性数据二、换热器的类型及流体走向三、工艺计算四、换热器尺寸的初步确定五、校核计算,2023年2月13日星期一,第5页,六、进
2、出口管径七、校核流体压力降八、换热器尺寸及附属部件九、参考资料十、对一些问题的说明,2023年2月13日星期一,第6页,一、确定定性温度、物性数据,苯的物性数据 t1、t2、tm、CP2、2、2 水蒸汽的物性数据 Ts、同温度下水的物性、,2023年2月13日星期一,第7页,二、换热器的类型及流体走向,卧式固定管板式换热器 水蒸汽走壳程，苯走管程 不需要进行热补偿 不需要加折流挡板 P269-271,2023年2月13日星期一,第8页,三、工艺计算,1、热负荷即传热速率Q2、平均温度差tm3、选K值，估算传热面积A初,2023年2月13日星期一,第9页,1、热负荷即传热速率Q,2023年2月1
3、3日星期一,第10页,2、平均温度差tm,由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把两流体的平均温度差看作是逆流来计算（双管程）,2023年2月13日星期一,第11页,3、选K值，估算传热面积A初,根据条件K值在5801160 W/m2（K 680W/m2）,选用安全系数1.151.25A初A,2023年2月13日星期一,第12页,四、换热器尺寸的初步确定,确定管程结构尺寸壳程设计数据换热器长径比,2023年2月13日星期一,第13页,1、确定管程结构尺寸,管子规格初步设计总管数校核流速、确定管程管间距及排列方式,2023年2月13日星期一,第14页,（1）管子规格 库存252.5mm，L3.0m的光
4、滑碳钢钢管取管内苯的流速为u2（0.60 m/s）苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s,2023年2月13日星期一,第15页,（2）初步设计总管数,n”根三角形排列管数，3a2+3a+1,圆整n”,2023年2月13日星期一,第16页,（3）校核流速、确定管程,管程,（一般双管程）,2023年2月13日星期一,第17页,（4）管间距及排列方式管间距t（1.251.3）d0采用三角型排列根据总管数n”确定层数a，是否弓形排管，确定NT最外层六角形对角线上管数 NTb2a+1采用胀管法排列,2023年2月13日星期一,第18页,2、壳程设计数据,壳体内径 Dt（NTb1）+2 b t 管间距 N
5、Tb 最外层六角形对角线上管数 b 六角形最外层管中心到壳体内 壁距离，取b（11.5）d0 壳体内径标准圆整到Dmm,2023年2月13日星期一,第19页,中心拉杆n3根 直径12mm 双管程隔板少排NTb根实际管数nNTNTbn3双管程，每程n/2根排列管子实际流速，与初设苯流速u2 校核,2023年2月13日星期一,第20页,3、换热器长径比,确定长径比的取值范围,2023年2月13日星期一,第21页,五、校核计算,1、校核总传热系数K值 2、校核壁温TW 3、校核传热面积A,2023年2月13日星期一,第22页,1、校核总传热系数K值,管内对流传热系数2管外对流传热系数1 污垢热阻及管
6、壁热阻,2023年2月13日星期一,第23页,（1）管内对流传热系数2,被加热,2023年2月13日星期一,第24页,（2）管外对流传热系数1,n为水平管束垂直列上的管数弓形排管n8，弓形不排管n7假设管外壁温TW（115.6）,2023年2月13日星期一,第25页,（3）污垢热阻及管壁热阻苯侧污垢热阻RS21.7610-4m2/W蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小，水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，碳钢钢管的导热系数45 W/m2,2023年2月13日星期一,第26页,（4）校核K值 以外表面计算：,计算K值与原设值K初比较 使相对误差5%,2023年2月13日星期一,第27页,2、校核壁温TW,结果与
7、原假设值TW校核（TW115.6）,2023年2月13日星期一,第28页,3、校核传热面积A,水蒸汽侧Ts不变，一壳程双管程换热器平均温度差与逆流平均温度差相等。,2023年2月13日星期一,第29页,实际所需面积,实际提供面积,余度,2023年2月13日星期一,第30页,六、进出口管径,苯进口管、出口管 水蒸汽进口管径 冷凝水排出口,2023年2月13日星期一,第31页,1、苯进口管、出口管,取进口流速u01m/s 进口直径,选用无缝热轧钢管（YB231-64）（1504.5mm，长200mm）,2023年2月13日星期一,第32页,2、水蒸汽进口管径,蒸汽用量,富裕量3,蒸汽体积流量 VG
8、取蒸汽流速u20 m/s,选用无缝热轧钢管（YB231-64）（2196mm，长200mm）,2023年2月13日星期一,第33页,3、冷凝水排出口,选用水煤气管 42.253.25mm，长100mm,2023年2月13日星期一,第34页,七、校核流体压力降,管程总压力降壳程压力降 壳程是饱和水蒸汽冷凝，阻力很小，不校核其压力降。,2023年2月13日星期一,第35页,管程总压力降（P272）,总压力降计算公式,每程直管压力降,每程局部阻力引起的压降,校 核 Pt 3.0104Pa,2023年2月13日星期一,第36页,管内径;管长 管程结垢校正系数，三角形为1.5，正方形为1.4；壳程数，1
9、；一壳程的管程数，2。,参数说明,2023年2月13日星期一,第37页,计算,取0.2mm，/d=0.01,查图可知（化工原理上册P43图128）,2023年2月13日星期一,第38页,八、换热器尺寸及附属部件,管间距：t32.5mm 壳体直径：60010mm，内径D580mm 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 管子尺寸：252.5mm，L3.0m，n164根，双管程 布管图 见图纸2-2。,2023年2月13日星期一,第39页,6、管板,(1)管板材料：选用碳素钢A4。(2)管子在管板上的固定方法：焊接(3)管板尺寸：Pg16kgf/cm2，（见讲义P66表4-8）(4)管板与壳体的连接：采
10、用法兰连接，拆开顶板可检修或清理管内污垢，法兰尺寸见讲义P111115图463及表427。,2023年2月13日星期一,第40页,（5）管板与分程隔板的连接:采用单层隔板，隔板材料与封头材料一致，厚度s10mm。（见讲义P77表419）,2023年2月13日星期一,第41页,7、封头与管箱,封头与管箱位于壳体的两端。（1）封头的选择：选用椭圆形封头，Dg60010mm GB115473（2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边高度40mm。（讲义P142附表12）管程接口管与封头为焊接，封头与壳体为法兰连接，法兰尺寸与上同。,2023年2月13日星期一,第42页,管程进出口接管直径：选用无缝热轧
11、钢管（YB231-64）1524.5mm 长200mm。支座的公称直径Dg600mm，每个支座承受的载荷为36.8吨，材料采用A3F碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸见讲义P117图428b，表428）整个换热器采用卧式安装，安装图见图纸21。,2023年2月13日星期一,第43页,九、参考资料,列管式换热器及其设计（讲义）山东轻工业学院，化工原理教研室编，1987年。化工原理上册 化学工业出版社，谭天恩主编，1990年。基础化学工程 上海科学技术出版社，编写组，1980年。,2023年2月13日星期一,第44页,十、对一些问题的说明,列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单
12、、坚固、容易制造、材料范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。,2023年2月13日星期一,第45页,由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对流传热系数大得多，根据壁温总是趋近于对流传热系数较大的一侧流体的温度实际情况，壁温与流体温度相差无几，因此本次设计不采用热补偿装置。,2023年2月13日星期一,第46页,Thanks Attention,Science and technology,especially strategic high technology,is increasingly becoming the decisive force in economic and social development and the focus of competition in comprehensive national strength.,
