列管式换热器设计.doc
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列管式换热器设计
. .列管式换热器设计第一节推荐的设计程序
一、工艺设计
1、作出流程简图。
2、按生产任务计算换热器的换热量Q。
3、选定载热体，求出载热体的流量。
4、确定冷、热流体的流动途径。
5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。
6、初算平均传热温度差。
7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。
8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。
包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。
9、核算Ｋ。
10、校核平均温度差D。
1
1、校核传热量，要求有15－25％的裕度。
1
2、管程和壳程压力降的计算。
二、机械设计
1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
2、换热器封头选择。
3、换热器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力计算。
6、折流板的选择与计算。
7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。
9、绘制主要零部件图。
三、编制计算结果汇总表
四、绘制换热器装配图
五、提出技术要求
六、编写设计说明书第二节列管式换热器的工艺设计
一、换热终温的确定换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。
在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。
为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据：
1、热端温差（大温差）不小于20℃。
2、冷端温差（小温差）不小于5℃。
3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；
对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。
二、平均温差的计算设计时初算平均温差Dtｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。
1、对于逆流或并流换热过程，其平均温差可按式（2－1）进行计算：
（2—1）式中，、分别为大端温差与小端温差。
当时，可用算术平均值。
2、对于错流或折流的换热过程，若无相变化，则要进行温差校正，即用公式（2－2）进行计算。
（2－2）式中是按逆流计算的平均温差，校正系数可根据换热器不同情况由化工原理教材有关插图查出。
一般要求＞0.8，否则应改用多壳程或者将多台换热器串联使用。
三、传热总系数Ｋ的确定计算Ｋ值的基准面积，习惯上常用管子的外表面积。
当设计对象的基准条件（设备型式、雷诺准数Re、流体物性等）与某已知Ｋ值的生产设备相同或相近时，则可采用已知设备Ｋ值的经验数据作为自己设计的Ｋ值。
表2－1为常见列管式换热器Ｋ值的大致范围。
由表2－1选取大致Ｋ值，表2-
一、工艺设计
1、作出流程简图。
2、按生产任务计算换热器的换热量Q。
3、选定载热体，求出载热体的流量。
4、确定冷、热流体的流动途径。
5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。
6、初算平均传热温度差。
7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。
8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。
包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。
9、核算Ｋ。
10、校核平均温度差D。
1
1、校核传热量，要求有15－25％的裕度。
1
2、管程和壳程压力降的计算。
二、机械设计
1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
2、换热器封头选择。
3、换热器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力计算。
6、折流板的选择与计算。
7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。
9、绘制主要零部件图。
三、编制计算结果汇总表
四、绘制换热器装配图
五、提出技术要求
六、编写设计说明书第二节列管式换热器的工艺设计
一、换热终温的确定换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。
在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。
为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据：
1、热端温差（大温差）不小于20℃。
2、冷端温差（小温差）不小于5℃。
3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；
对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。
二、平均温差的计算设计时初算平均温差Dtｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。
1、对于逆流或并流换热过程，其平均温差可按式（2－1）进行计算：
（2—1）式中，、分别为大端温差与小端温差。
当时，可用算术平均值。
2、对于错流或折流的换热过程，若无相变化，则要进行温差校正，即用公式（2－2）进行计算。
（2－2）式中是按逆流计算的平均温差，校正系数可根据换热器不同情况由化工原理教材有关插图查出。
一般要求＞0.8，否则应改用多壳程或者将多台换热器串联使用。
三、传热总系数Ｋ的确定计算Ｋ值的基准面积，习惯上常用管子的外表面积。
当设计对象的基准条件（设备型式、雷诺准数Re、流体物性等）与某已知Ｋ值的生产设备相同或相近时，则可采用已知设备Ｋ值的经验数据作为自己设计的Ｋ值。
表2－1为常见列管式换热器Ｋ值的大致范围。
由表2－1选取大致Ｋ值，表2：st=F/At；ss=F/As
2、在操作压力下，每平方米胀接周边上所受到的力Qq=Pf/(pdoL)式中P=｛管程压力Pt或壳程压力Ps｝中大者f=0.866a2
－p/4，三角形排列=a2－p/4，正方形排列，a- ss=F/As
2、在操作压力下，每平方米胀接周边上所受到的力Qq=Pf/(pdoL)式中P=｛管程压力Pt或壳程压力Ps｝中大者f=0.866a2－p/4，三角形排列=a2－p/4，正方形排列，a：Qq=st.at／pdoL=st(－)/4doL式中st—管子中的温差应力；
ａt—每根管子管壁横截面积，mm2；
、—管子外、内径mm。
Qq与Qt可能同向亦可能反向同向时：
q=Qq+Qt反向时：
q=|Qq－Qt| 方向确定原则：
①当PtPs，且ttts，则同向②当Pt4、许用拉脱力：
mpa 换热管与管板换热型式许用拉脱力[q] 管端不卷边管板孔不开槽胀接 2.0mpa 管端卷边管板孔开槽胀接 4.0mpa
5、是否设置膨胀节判据：
当q³[q]时需设置膨胀节，否则不必设置。
六、膨胀节的选择
1、膨胀节的补偿量为了保证膨胀节在完全弹性的条件下安全工作，它的补偿量是有限度的。
在附录中给出了用不同材料制的单层、单波具有标准尺寸的膨胀节的允许补偿量[dl]。
根据换热器工作时的壳壁温度ts，管壁温度tt，安装温度to，以及壳体和管子的线膨胀系数，可以算出换热器所需要的热变形补偿量[dltc]：
[dltc]="〔αt(tt－to)-αs(tt-to)〕L" 若[dltc][dl]，用两个或两个以上的膨胀节。
2、膨胀节的结构尺寸波形膨胀节的结构及尺寸见附录3，公称压力在2.5mpa以下，公称直径不超过2000mm的膨胀节，已有标准，附录3给出了标准膨胀节的几何尺寸。
七、折流挡板设计折流板具有提高壳程内流体的流速，加强湍流程度，提高传热效率和支承换热管的作用。
折流板具有横向和纵向之分，折流板形式、折流板最小壁厚、折流板最大间距、最小间距、折流板外径，拉杆直径和数量见《化工设备机械基础》有关内容。
八、开孔补强当换热器壳体和封头上的接管处需要补强时，常用的结构是在开孔外面焊上一块与容器器壁材料和厚度相同的标准补强圈。
九、接管法兰选取参见标准hgj44～76--91。
十、支座换热器支座可选裙座或双鞍式支座。
其中鞍式支座设计参见标准jb t4712-92。
十
一、画出装配图，按化工制图要求绘制。
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