51cysb_列管式换热器设计
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列管氏换热器课程设计图一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握列管式换热器的结构、工作原理和分类;技能目标要求学生能够运用所学知识分析和解决实际问题;情感态度价值观目标要求学生培养对化工工艺的兴趣,提高环保意识和安全意识。
结合课程性质、学生特点和教学要求,我们将目标分解为具体的学习成果:了解列管式换热器的结构及其组成部分,掌握其工作原理和分类;能运用所学知识分析实际问题,如换热器的选用和设计;培养环保意识和安全意识,关注化工工艺在生产中的应用和可持续发展。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括列管式换热器的结构、工作原理、分类和应用。
教学大纲安排如下:1.列管式换热器的结构:介绍换热器的基本结构,包括壳体、管束、管板、管盖等组成部分,以及各种类型换热器的结构特点。
2.列管式换热器的工作原理:讲解换热器的工作原理,包括热交换过程、流体流动状态、传热速率等。
3.列管式换热器的分类:介绍换热器的分类及各类换热器的适用范围和优缺点。
4.列管式换热器的应用:分析换热器在化工、石油、电力等领域的应用实例,探讨换热器在生产过程中的重要作用。
三、教学方法为激发学生的学习兴趣和主动性,本节课采用多种教学方法相结合:1.讲授法:讲解换热器的结构、工作原理、分类和应用,使学生掌握基本概念和理论知识。
2.案例分析法:分析实际生产中的换热器应用案例,帮助学生将理论知识与实际应用相结合。
3.实验法:安排实验室参观或动手实验,让学生直观地了解换热器的结构和操作原理。
4.讨论法:学生分组讨论,分享学习心得和观点,提高学生的合作能力和沟通能力。
四、教学资源为实现教学目标,本节课将采用以下教学资源:1.教材:选用权威、实用的教材,为学生提供系统的理论知识。
2.参考书:提供相关领域的参考书籍,丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料:制作精美的PPT,直观地展示换热器的结构和操作原理。
4.实验设备:安排实验室参观或动手实验,让学生亲身体验换热器的运行过程。
列管式换热器设计列管式换热器是一种常见的换热设备,广泛应用于化工、石油、制药等行业中。
本文将从列管式换热器的设计原理、设计步骤和设计考虑因素三个方面进行详细介绍。
一、设计原理列管式换热器是通过管内的换热流体和管外的换热流体之间的换热传递来实现热量的传递。
它的基本原理是利用换热流体在管内和管外的对流,通过管壁的传导传热作用,使热量从高温流体传递给低温流体。
二、设计步骤1.确定换热器的使用条件:包括换热流体的性质、入口温度、出口温度等。
2.确定换热器的换热面积:根据换热流体的热负荷和传热系数来计算所需的换热面积。
3.选择管子的尺寸和材料:根据换热流体的性质和流量来选择合适的管子尺寸和材料。
4.确定管子的数量和布置方式:根据换热面积和换热流体的流量来确定管子的数量和布置方式,一般采用多行多列的方式。
5.设计管束的尺寸:根据换热面积和管子的数量来确定管束的尺寸,包括管束的直径、长度和布置方式等。
6.计算换热器的传热系数:根据换热面积、流体的性质和传热方式来计算换热器的传热系数。
7.计算换热器的压降:根据流体的流量、管束的阻力和流体的性质来计算换热器的压降。
8.进行换热器的热力学计算:包括换热器的热力学效率、有效传热面积和温差效益等。
三、设计考虑因素1.热负荷:根据换热流体的热负荷来确定换热器的换热面积和管子的数量。
2.材料选择:根据换热流体的性质和工艺要求来选择合适的材料,包括管子的材料和管壳的材料。
3.温度差:根据换热流体的温度差来确定管束的数量和换热器的传热系数。
4.流体压降:根据流体的流量和管束的阻力来计算换热器的压降,并确定合适的管束布置方式和管束的尺寸。
5.清洗和维护:考虑到换热器的清洗和维护,要选择易于清洗和维护的结构设计。
综上所述,列管式换热器的设计是一个复杂的工程,需要考虑多个因素。
设计者需要根据具体的使用条件和要求来确定换热器的换热面积、管子的尺寸和材料、管束的数量和布置方式等。
同时,还需要计算换热器的传热系数、压降和热力学参数等。
列管式换热器的设计列管式换热器的应用已有很悠久的历史。
现在,它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用,尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中,列管式换热器仍处于主导地位。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备,大量地应用于工业中。
为此本章对这两类换热器的工艺设计进行介绍。
列管式换热器的设计资料较完善,已有系列化标准。
目前我国列管式换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式(即列管式)换热器”(GB151)标准执行。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。
其中以热力设计最为重要。
不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计,而且对于已生产出来的,甚至已投人使用的换热器在检验它是否满足使用要求对,均需进行这方面的工作。
热力设计指的是根据使用单位提出的基本要求,合理地选择运行参数,并根据传热学的知识进行传热计算。
流动设计主要是计算压降,其目的就是为换热器的辅助设备——例如泵的选择做准备。
当然,热力设计和流动设计两者是密切关联的,特别是进行热力计算时常需从流动设计中获取某些参数。
结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸,例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸,等等。
在某些情况下还需对换热器的主要零部件——特别是受压部件做应力计算,并校核其强度。
对于在高温高压下工作的换热器,更不能忽视这方面的工作。
这是保证安全生产的前提。
在做强度计算时,应尽量采用国产的标准材料和部件,根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核(该部分内容属设备计算,此处从略)。
列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容:①根据换热任务和有关要求确定设计方案;②初步确定换热器的结构和尺寸;③核算换热器的传热面积和流体阻力;④确定换热器的工艺结构。
1.1设计方案的确定1.1.1换热器类型的选择(1)固定管板式换热器这类换热器如图2-1(a)所示。
列管式换热器的工艺设计1. 选择合适的管束布置方式。
常见的管束布置方式有并列布置、交叉布置、三角形布置等。
不同的布置方式会影响换热器的传热效率和压降。
在设计中需要根据具体的工艺要求和流体性质选择合适的管束布置方式。
2. 确定换热器的传热面积。
传热面积是影响换热器传热效果的重要参数。
在工艺设计中需要根据需要传热的热负荷和流体的性质确定合适的传热面积,从而实现换热效果的最优化。
3. 确定换热介质的流体参数。
在工艺设计中需要考虑换热介质的流体参数,包括流体的流速、流量、温度、压力等。
这些参数将影响换热器的设计工况和传热效果。
4. 确定换热器材质和结构。
对于换热介质具有腐蚀性的情况,需要选择耐腐蚀的材质,如不锈钢、合金钢等。
同时还需考虑换热器的结构设计,包括管束的支撑、固定、热胀冷缩等问题。
5. 考虑换热器的清洗和维护问题。
在工艺设计中需要考虑换热器的清洗和维护问题,包括布置清洗口、维护通道等,以便于日常的维护和保养。
综上所述,列管式换热器的工艺设计需要考虑多个方面的因素,涉及流体力学、传热学、材料科学等多个领域的知识。
只有综合考虑这些因素,才能实现换热器的高效、可靠和经济运行。
列管式换热器是一种重要的传热设备,其设计涉及多个方面的工程和科学原理。
在工艺设计中,除了考虑传热面积、布置方式、介质参数、材质和结构等方面,还需要考虑换热器的热损失、压降、噪声和振动等问题。
这些因素都对换热器的正常运行和性能有重要影响,因此在工艺设计中需要进行充分考虑。
首先,要合理设计换热器的传热面积。
传热面积是换热器的关键设计参数,直接影响着换热器的传热效果。
如果传热面积过小,会造成传热不足,影响换热效率;而如果传热面积过大,会增加设备成本和占地面积。
因此,在工艺设计中需要根据具体的工艺要求和传热性能,合理确定换热器的传热面积。
其次,布置方式的选择对换热器的传热效果和压降有重要影响。
不同的布置方式会影响介质在管束中的流动状态,从而影响换热器的传热效果和压降。
列管式换热器设计列管式换热器设计⼀、概述1.概述与设计⽅案简介1.1换热器在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。
在换热器中⾄少要有两种温度不同的流体,⼀种流体温度较⾼,放出热量;另⼀种流体则温度较低,吸收热量。
在⼯程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器,但它的基本原理与上述情形并⽆本质上的差别。
换热器是化学⼯业、⽯油⼯业及其它⼀些⾏业中⼴泛使⽤的热量交换设备,它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使⽤,⽽且是⼀些化⼯单元操作的重要附属设备,因此在化⼯⽣产中占有重要地位。
由于⽣产中的换热⽬的不同,换热器的类型很多,不同类型的换热器各有优缺点,性能各异。
特别是随着化⼯⼯艺的不断发展,新型换热器不断出现。
在换热器设计中,⾸先应根据⼯艺要求选择适⽤的类型然后计算换热所需传热⾯积,并确定换热器的结构尺⼨。
虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和⾦属耗量等⽅⾯不及某些新型换热器,但它具有结构简单、坚固耐⽤、适应性强、制造材料⼴泛等独特的优点,因⽽在换热设备中仍占有重要的地位。
特别是在⾼温、⾼压和⼤型换热设备中仍占绝对优势。
1.2列管式换热器的选择列管式换热器的应⽤已有很悠久的历史,在化⼯⽣产中主要作为加热(冷却)器,冷凝器、蒸发器和再沸器使⽤。
现在,它被当作⼀种传统的标准换热设备在很多⼯业部门中⼤量使⽤,尤其在⽯油、化⼯、能源设备等部门所使⽤的换热设备中,列管式换热器仍处于主导地位。
按材质分为碳钢列管换热器,不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种。
按结构分为单管程、双管程和多管程,传热⾯积1~500m2。
列管式换热器按结构特点,主要分为以下四种:①固定管板式换热器;②浮头式换热器;③U形管式换热器;④填料函式换热器。
列管换热器主要特点:1.耐腐蚀性:聚丙烯具有优良的耐化学品性,对于⽆机化合物,不论酸,碱、盐溶液,除强氧化性物料外,⼏乎直到100℃都对其⽆破坏作⽤,对⼏乎所有溶剂在室温下均不溶解,⼀般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使⽤。
新疆工业高等专科学校No.:00000000000002281课程设计说明书题目名称:列管式换热器设计系部:化学工程系专业班级:学生姓名:指导教师:完成日期:新疆工业高等专科学校课程设计任务书2010-2011 学年一学期2011 年1 月11 日设计任务或主要技术指标:流量为30kg/s的某原油在列管式换热器壳程流过,从150降到110,将管程的油品从25加热至60。
试选一台适当型号的列管式换热器或设计一台列管式换热器。
设计进度与要求:1、8~9日搜集有关换热器设计的资料2、10~11日完成换热器的设计以及相关计算3、12日完成设计说明书的编制、打印、排版4、13日完成了绘图等全过程主要参考书及参考资料:1. 陆美娟、张浩琴主编.《化工原理》(上册,修订版).北京:化学工业出版社.2006.42.黄振仁、魏新利主编.《过程装备成套技术设计指南》.北京:化学工业出版社.2002.123. 娄爱娟、吴志泉主编.《化工设计》.上海:华东理工大学出版社.2002.84. 倪进方主编.《化工过程设计》.北京:化学工业出版社.1999.8教研室主任(签名)系(部)主任(签名)年月日新疆工业高等专科学校课程设计评定意见设计题目:学生姓名:评定意见:评定成绩:指导教师(签名):年月日前言换热器是化学,石油化学及石油炼制工业以及其它一些行业中广泛使用的热量交换设备。
它不仅可以单独作为加热器,冷凝器使用而且是一些化工单元操作的重要附属设备。
因此在化工生产中占有重要的地位。
在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程。
主要的换热器有:1.固定管板式换热器:2.浮头式换热器:3.U型管式换热器:4. 填料函式换热器:本次我的设计任务是选取一台合适的换热器,选取的换热器仅要满足工艺和生产要求,虽然说要求不是很高,也没有一要求具体制作等那些较难的问题,但是我仍然会以认真仔细的态度去对待之这次任务,保证尽我最大的努力去做到最好。
列管式换热器设计首先,设计列管式换热器需要明确换热的目标,包括需要传递的热量、介质的流量和温度差等参数。
然后,根据设定的换热需求和工艺要求,选择合适的列管式换热器型号和规格。
在选择合适的换热器型号和规格时,需要考虑以下几个关键参数:热交换面积、换热介质的流动性、换热器的压降和耐压能力。
热交换面积是衡量换热器换热效率的重要指标,其大小直接影响到传热能力。
同时,换热介质的流动性也会对换热效果产生一定的影响,应选择合适的管道直径和管排方式以确保流动的均匀和稳定。
此外,换热器的压降和耐压能力也是需要考虑的重要因素,应根据压力等级选择相应的材料和结构。
在具体设计过程中,需要进行热力计算、结构设计和材料选择。
热力计算主要包括确定换热面积、由流体性质和传热性能等参数计算所需的换热面积;结构设计主要包括确定外管、内管和管板的尺寸和布置方式;材料选择主要考虑既满足换热要求又能够满足工艺要求的材料。
在热力计算中,可以根据传热液体的流动方式和换热方式选择适当的换热面积计算公式。
对于属于湿壁热传递的换热器,可使用湿壁热传递公式计算热传导量;对于属于气体传导或干壁传热的换热器,需要根据空气或干壁的热传导方程进行计算。
通常采用传热系数和传热面积的乘积来表示换热器的传热能力,以便于换热器的选型。
在结构设计中,一般根据选定的外管和内管的直径以及换热器的长度来确定换热器的尺寸。
外管和内管的直径可以根据流量、温度差和换热介质的材料等要求来确定。
同时,还需要考虑管板的布置方式,常见的有正向流管板、逆向流管板和双逆向流管板等。
每种管板布置方式都具有特定的传热特点,需要根据具体的流体流动方式和换热要求来选择。
在材料选择中,需要考虑介质流体的性质以及工艺要求。
外壳通常采用不锈钢、碳钢等材料;内管则根据介质的性质选择合适的材料,如镍合金、钛合金等耐腐蚀材料。
最后,在设计过程中还要考虑实际的运行条件和安全要求。
根据实际的使用压力和温度等参数,对换热器的耐压能力进行验证,并根据国家相关标准和规范进行强度计算。
列管式换热器 课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握列管式换热器的基本结构和工作原理,理解换热过程中的热量传递机制。
2. 使学生了解列管式换热器的类型、特点及应用场景,能够区分不同类型的换热器。
3. 引导学生掌握换热器设计的基本原则和步骤,学会运用相关公式计算换热器的传热系数和换热面积。
技能目标:1. 培养学生运用所学知识分析实际换热问题,具备解决换热器设计问题的能力。
2. 提高学生运用计算工具(如Excel、计算器等)进行换热器相关计算的速度和准确性。
3. 培养学生团队合作意识,提高沟通与协作能力,通过小组讨论、汇报等形式,共同完成换热器设计任务。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对换热器设计及工程应用的兴趣,激发创新意识和探索精神。
2. 引导学生关注换热器在能源、环保等领域的重要性,培养节能环保意识和社会责任感。
3. 培养学生严谨、踏实的科学态度,养成认真负责的工作作风。
本课程针对高年级学生,结合学科特点和教学要求,将目标分解为具体的学习成果。
课程注重理论与实践相结合,以实际工程案例为载体,引导学生通过自主学习、小组合作等方式,掌握换热器设计的基本知识和技能。
在教学过程中,关注学生的个体差异,鼓励提问和讨论,以提高学生的思维能力和解决问题的能力。
通过本课程的学习,使学生能够具备独立设计换热器的能力,为未来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 列管式换热器的基本概念:介绍换热器的作用、分类及其在工业中的应用。
教材章节:第二章 换热器的基本概念与分类2. 列管式换热器的工作原理:讲解列管式换热器中的热量传递过程,包括对流传热和导热。
教材章节:第三章 列管式换热器的工作原理与热量传递3. 列管式换热器的设计原则与步骤:阐述换热器设计的基本原则,介绍设计步骤及注意事项。
教材章节:第四章 列管式换热器的设计原则与步骤4. 列管式换热器传热系数的计算:分析影响换热器传热系数的因素,介绍相关计算公式。
目录§一.任务书1.1.化工原理课程设计的重要性1.2.课程设计的基本内容和程序1.3.列管式换热器设计内容1.4.设计任务和操作条件1.5.主要设备结构图§二.概述及设计要求2.1.换热器概述2.2.固定管板式换热器2.3.设计要求§三.设计条件及主要物理参数3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量及平均温差3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定3.5.计算传热系数k3.6.计算传热面积§四.设计结果汇总§五.设计评述§六.工艺流程图§七.符号说明§八.参考资料§一化工原理课程设计任务书1.1.化工原理课程设计的重要性化工原理课程设计是学生学完基础课程以及化工原理课程以后,进一步学习工程设计的基础知识,培养学生工程设计能力的重要教学环节,也是学生综合运用化工原理和相关选修课程的知识,联系生产实际,完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。
通过这一环节,使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法,熟悉查阅技术资料、国家技术标准,正确选用公式和数据,运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果;并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习,实事求是的科学态度,逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风,提高学生综合运用所学的知识,独立解决实际问题的能力。
1.2.课程设计的基本内容和程序化工原理课程设计的基本内容有:1、设计方案简介:对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
2、主要设备的工艺计算:物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
3、辅助设备的选型:典型辅助设备主要工艺尺寸的计算,设备规格型号的选定。
4、工艺流程图:以单线图的形式描绘,标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、主要测量点。
5、主要设备的工艺条件图:图面应包括设备的主要工艺尺寸,技术特性表和接管表。
列管式换热器设计正文.doc
列管式换热器是一种常用于热力工程中的热交换设备,其主要由管束、衬里、支撑板、固定钢架、法兰等组成,其结构类似于管壳式换热器,但其管子呈列装式。
其主要原理是
通过两种流体之间的热量传递,使得热量从高温一侧传递到低温一侧,从而实现热量的平衡。
列管式换热器的设计需要考虑多种因素,包括流体的性质、换热器的尺寸、传热面积、传热系数等,以下为具体介绍:
(1)流体的性质
设计列管式换热器时,需要考虑管子内外的流体性质,主要包括流速、密度、热容、
粘度、导热系数等因素。
这些性质会影响到传热效果和运行效率,因此需要进行合理的计
算和分析。
(3)传热面积
设计列管式换热器时,需要确定其传热面积,主要与管子的数量、长度、直径等因素
有关。
传热面积越大,传热效果越好,但同时也增加了换热器的体积和成本,因此需要进
行合理的选择和设计。
(5)法兰和支撑板
列管式换热器的设计还需要考虑法兰和支撑板的大小和数量,这些因素会影响到换热
器的安装和使用效果。
法兰应选择合适的材质和规格,以确保其在高温、高压情况下的安
全性能;支撑板应合理安排间距和数量,以确保管束的稳定性和安全性。
列管式换热器的工艺设计1. 引言列管式换热器是一种常见的热交换设备,广泛应用于化工、石油、制药、食品等工业领域。
它通过管束内的介质与管束外的介质进行热传递,实现热能的转移。
本文将介绍列管式换热器的工艺设计方法,包括换热器的基本原理、设计参数的选择、传热面积的计算等内容。
2. 列管式换热器的基本原理列管式换热器由管束和壳体组成,其中管束是传热的主体。
流体在管内流动,在管外流动,通过管壁实现热量的传递。
主要有两种流体流动方式,即顺流和逆流。
顺流方式下,两种流体从同一端进入换热器,并在管束内沿同一方向流动。
逆流方式下,两种流体从两端分别进入换热器,并在管束内相向流动。
在具体的工艺设计中,要根据实际情况选择合适的流动方式。
3. 设计参数的选择在进行列管式换热器的工艺设计时,需要选择一些重要的设计参数,包括流体流速、流态、传热系数等。
下面将介绍如何选择这些参数。
3.1 流体流速流体流速是指流体在管内的流动速度。
流速的选择直接影响到换热器的传热效果和压降。
一般来说,流速过低会导致传热系数降低,流速过高又会增加压降和泵功耗。
因此,在设计中要综合考虑传热效果和能耗,选择合适的流速。
3.2 流态流态是指流体在管内的流动形式,一般分为层流和湍流两种。
层流流动时,流体的速度分布均匀,粘度主导着传热。
湍流流动时,流体速度不均匀,有较大的涡动和搅拌,传热效果较好。
在实际设计中,要根据流体的性质和工艺要求选择合适的流态。
一般来说,当雷诺数小于2100时,流态为层流;当雷诺数大于4000时,流态为湍流。
3.3 传热系数传热系数是反映热量传递效果的指标,它表示单位面积内的传热量与温度差之比。
传热系数的选择要考虑流体的性质、流速、流态等因素。
通常可以通过经验公式或实验数据来估计传热系数。
4. 传热面积的计算传热面积是指管束的内外表面积之和,它与传热效果直接相关。
在设计过程中,需要根据换热要求和已知参数来计算传热面积。
传热面积的计算方法有多种,常用的有“传热面积法”和“换热器综合传热系数法”。
化工原理课程设计列管式换热器设计化工原理课程设计:列管式换热器设计换热器设计是化工工程中重要的一部分,其中列管式换热器是应用最为广泛且效果最好的一种换热器。
本文将介绍列管式换热器的基本原理和设计方法。
一、列管式换热器的基本原理列管式换热器是利用管内流体与管外流体之间的换热来完成加热或冷却的过程。
它由分别流动在管内和管外的两种不同的流体所组成,通过管壁进行热交换的装置。
列管式换热器可以分为三种形式:固定管板式、浮动管板式和无管板式。
固定管板式在热交换管束的入口和出口处,设有固定管板将管束分成两个区域,流体在这两个区域之间来回流动。
浮动管板式的管板装置可以向前、后或上、下运动,它可以不受流体压力之影响而可自行调节进、出口流通面积,并自动进行清洗。
无管板式换热器的壳内装有多层盘管结构,流体在壳内和盘管内循环流动。
二、列管式换热器的设计方法列管式换热器的设计方法主要包括壳体布置图的绘制、管程计算、管子长度和管板设计等。
1、壳体布置图的绘制壳体布置图是指将列管式换热器的单元示意图或设计结构图用图纸或软件绘制出来,是计算和设计的基础。
壳体布置图绘制需要考虑以下因素:(1)流体流向的选择(2)流体进出口的位置和数量(3)设备的布置和占地面积(4)流体阻力和压降的计算2、管程计算管程计算是指计算流体在管内的速度和所需管子直径的大小。
在进行管程计算时,需要考虑以下因素:(1)流体的流量和温度(2)管子的材质和直径(3)管子的长度和数量(4)流体的比热和密度(5)壳体内的换热面积3、管子长度的确定管子长度的确定需要考虑以下因素:(1)对流和传热的影响(2)流体的温度和流速(3)管子的外径和厚度(4)管子的材质和强度4、管板设计管板的设计需要考虑以下因素:(1)管板的开孔位置和大小(2)管板的强度和材质(3)管线和管板间的距离(4)管板的投影面积(5)管板的流阻系数三、总结列管式换热器是一种应用广泛的换热器,通过管内流体与管外流体之间的热交换来完成加热或冷却的过程。
列管式换热器设计在列管式换热器的设计过程中,需要考虑以下几个方面:1.热量传递需求:首先要确定需要传递的热量负荷,即决定了换热器的尺寸和规格。
热量传递需求可以通过计算或实验测量来获得。
2.流体性质:了解待处理流体的性质十分重要,包括密度、粘度、热导率、比热容等。
这些参数会影响到流体在管子内的流动速度和换热效率。
3.流体通道布局:列管式换热器可以采用不同的管子布局方式,包括并联和串联。
并联布局可以增加换热面积,提高热量传递效率。
而串联布局可以实现多段换热,适用于流体温度差较大的情况。
4.材料选择:列管式换热器的材料应具有良好的耐腐蚀性能,能够承受高温高压的工作条件。
常用的材料有不锈钢、碳钢、铜合金等。
5.清洁和维护:为了保持换热器的高效运行,需要设计合理的清洁和维护方式。
例如,可以考虑设置清洗孔、冲洗管道等。
在具体的设计过程中,可以参考以下步骤:1.确定换热器类型:根据实际需求选择合适的换热器类型,如壳管式、管壳式、织物式等。
2.热传导计算:根据流体流经管内壁的热导率以及管外壁的热导率,计算热传导的功率。
3.速度计算:根据流体性质、管子尺寸和流量,计算流体在管子内的速度。
速度过高会增加压降,而速度过低则会影响换热效果。
4.热阻计算:考虑流体的传热方式,计算传热过程中的热阻,包括对流热阻、传导热阻和辐射热阻。
5.热传递面积计算:根据传热功率、待处理流体的流量和热阻,计算所需的换热面积。
6.压降计算:通过对流动余压的计算,确定流体的流速和换热器的压降情况。
7.材料选择:根据待处理流体的性质选择合适的材料,考虑到耐腐蚀性、热传导性以及成本等方面的因素。
8.安装和维护:根据实际情况确定合适的安装方式,设计清洁和维护的方案,以保持换热器的高效运行。
综上所述,列管式换热器的设计过程需要综合考虑热量传递需求、流体性质、流体通道布局、材料选择等多个因素。
通过合理的计算和分析,可以设计出满足需求的高效换热器,并确保安装和维护的便捷性。
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 m T。
11、校核传热量,要求有15-25%的裕度。
12、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∆t m,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:2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ (2—1)式中,1t ∆、2t ∆分别为大端温差与小端温差。
当221t t ∆∆时,可用算术平均值()221t t t m ∆+∆=∆。
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。
逆t t t m ∆⋅=∆∆ε(2-2)式中逆t ∆是按逆流计算的平均温差,校正系数t ∆ε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t ∆ε>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o A 。
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2-1 列管式换热器中的总传热系数K 的经验值冷流体 热流体 总传热系数W/m 2.℃水 水 850-1700 水 气体 17-280 水 有机溶剂 280-850 水轻油340-910水 重油 60-280 有机溶剂有机溶剂 115-340 水 水蒸汽冷凝 1420-4250 气体 水蒸汽冷凝 30-300 水 低沸点烃类冷凝 455-1140 水沸腾 水蒸蒸汽冷凝2000-4250 轻油沸腾水蒸汽455-1020用式(2-3)进行K值核算。
K=1++++10000αδλαR d d R d d d d miii i (2-3)式中:α-给热系数,W/m 2.℃; R -污垢热阻,m 2.℃/W ; δ-管壁厚度,mm ; λ-管壁导热系数,W/m.℃; 下标i、o、m分别表示管内、管外和平均。
当2ioA A 时近似按平壁计算,即:o m i A A A ≈≈在用式(2-3)计算K值时,污垢热阻o R 、i R 通常采用经验值,常用的污垢热阻大致范围可查《化工原理》相关内容。
式中的给热系数α,在列管式换热器设计中常采用有关的经验值公式计算给热系数α,工程上常用的一些计算α的经验关联式在《化工原理》已作了介绍,设计时从中选用。
四、传热面积A 的确定工程上常将列管式换热器中管束所有管子的外表面积之和视为传热面积,由式(2-4)和式(2-5)进行计算。
A Q 0=Kt∆m(2-4)πL nd A o o = (2-5) 式中:K - 基于外表面o A 的传热系数,W/m 2.℃ o d -管子外径,m;L -每根管子的有效长度,m;πL nd A o o = n -管子的总数管子的有效长度是指管子的实际长度减去管板、挡板所占据的部分。
管子总数是指圆整后的管子数减去拉杆数。
五、主要工艺尺寸的确定当确定了传热面积o A后,设计工作进入换热器尺寸初步设计阶段,包括以下内容:1、管子的选用。
选用较小直径的管子,可以提高流体的对流给热系数,并使单位体积设备中的传热面积增大,设备较紧凑,单位传热面积的金属耗量少,但制造麻烦,小管子易结垢,不易清洗,可用于较清洁流体。
大管径的管子用于粘性较大或易结垢的流体。
我国列管式换热器常采用无缝钢管,规格为外径×壁厚,常用的换热管的规格:φ19×2,φ25×2.5,φ38×3。
管子的选择要考虑清洗工作的方便及合理使用管材,同时还应考虑管长与管径的配合。
国内管材生产规格,长度一般为:1.5,2,2.5,3,4.5,5,6,7.5,9,12m等。
换热器的换热管长度与壳径之比一般在6-10,对于立式换热器,其比值以4-6为宜。
壳程和壳程压力降,流体在换热器内的压降大小主要决定于系统的运行压力,而系统的运行压力是靠输送设备提供的。
换热器内流体阻力损失(压力降)越大,要求输送设备的功率就越大,能耗就越高。
对于无相变的换热,流体流速越高,换热强度越大,可使换热面积减小,设备紧凑,制作费低,而且有利于抑制污垢的生成,但流速过高,也有不利的一面,压力降增大,泵功率增加,对传热管的冲蚀加剧。
因此,在换热器的设计中有个适宜流速的选取和合理压力降的控制问题。
一般经验,对于液体,在压力降控制在0.01~0.1MPa之间,对于气体,控制在0.001~0.01MPa之间。
表2-2列出了换热器不同操作条件压力下合理压降的经验数据,供设计参考。
表2-2 列管式换热器合理压降的选取换热器操作情况负压运行低压运行中压运行(包括用泵输送液体)较高压运行P<0.17 P>0.17操作压力(MPa绝压)P=0~0.1 P=0.1~0.17 P=0.17~1.1 P=1.1~3.1 P=3.1~8.2 合理压降(MPa)∆P=P/10 ∆P=p/2 ∆P=0.035 △p=0.035~0.18 △p=0.07~0.252、管子总数n的确定。
对于已定的传热面积,当选定管径和管长后便可求所需管子数n,由式(2-6)进行计算。
nAd L=0π(2-6)式中o A -传热面积,m 2; o d -管子外径,m ;L -每根管子的有效长度,m ;计算所得的管子n 进行圆整 3、管程数m 的确定。
根据管子数n 可算出流体在管内的流速u ',由式(2-7)计算。
u'.=v d ns i 07852(2-7)式中 v s -管程流体体积流量,ms3i d -管子内径, m ; n -管子数。
若流速u '与要求的适宜流速相比甚小时,便需采用多管程,管程数m可按式(2-8)进行计算。
m=u /u '(2-8)式中u '—用管子数n 求出的管内流速,m/s; u -要求的适宜流速,m/s;式(2-8)中的适宜流速u 要根据列管式换热器中常用的流速范围进行选定,参见《化工原理》相关内容,一般要求在湍流下工作(高粘度流体除外),与此相对应的Re 值,对液体为5×103,气体则为104-105。
分程时,应使每程的管子数大致相等,生产中常用的管程数为1、2、4、6、四种。
4、管子的排列方式及管间距的确定。
管子在管板上排列的原则是:管子在整个换热器的截面上均匀分布,排列紧凑,结构设计合理,方便制造并适合流体的特性。
其排列方式通常为等边三角形与正方形两种,也有采用同心圆排列法和组合排列法。
在一些多程的列管式换热器中,一般在程内为正三角形排列,但程与程之间常用正方形排列,这对于隔板的安装是很有利的,此时,整个管板上的排列称为组合排列。
对于多管程的换热器,分程的纵向隔板占据了管板上的一部分面积,实际排管数比理论要少,设计时实际的管数应通过管板布置图而得。
在排列管子时,应先决定好管间距。
决定管间距时应先考虑管板的强度和清理管子外表时所需的方法,其大小还与管子在管板上的固定方式有关。
大量的实践证明,最小管间距的经验值为:焊接法 o d a 25.1=最小 o d a 25.1≥最小胀接法 o d a 25.1≥最小,一般取(1.3~1.5)o d管束最外层管子中心距壳体内表面距离不小于mmd⎪⎭⎫⎝⎛+1021。
5、壳体的计算。
列管式换热器壳体的内径应等于或稍大于(对于浮头式换热器)管板的直径,可由式(2-9)进行计算。
D i=a(b-1)+2L (2-9)式中D i-壳体内径,mm;a-管间距,mm;b-最外层六边形对角线上的管子数;L-最外层管子中心到壳体内壁的距离,一般取L=(1~1.5)o d,mm;若对管子分程则D i=f+2Lf值的确定方法:可查表求取,也可用作图法。
当已知管子数n和管间距a 后开始按正三角形排列,直至排好n根为止,再统计对角线上的管数。
计算出的壳径D i要圆整到容器的标准尺寸系列内。
第三节列管式换热器机械设计在化工企业中列管式换热器的类型很多,如板式,套管式,蜗壳式,列管式。
其中列管式换热器虽在热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器,但它却具有结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广等特点,因此成为石油、化工生产中,尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。
列管式换热器主要有固定管板式换热器、浮头式换热器、填函式换热器和U 型管式换热器,而其中固定管板式换热器由于结构简单,造价低,因此应用最普遍。
列管式换热器机械设计包括: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、压力容器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力的计算。
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绘制主要零部件图和装配图。
下面分述如下:一、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
1、已知条件:由工艺设计知管程和壳程介质种类、温度、压力、壳与壁温差、以及换热面积。
2、计算(1)管子数n:列管式换热器常用无缝钢管,规格如下:碳钢φ19×2 φ25×2.5 φ32×3 φ38×3不锈钢φ19×2 φ25×2 φ32×2 φ38×2.5管子材质的选择依据是介质种类,如果介质无腐蚀,可选碳钢,而介质有腐蚀则选择不绣钢。