当前位置：文档之家 › 浮头式换热器设计说明书

浮头式换热器设计说明书

  • 格式：doc
  • 大小：2.22 MB
  • 文档页数：55

1 绪论1．1 换热设备在工业中的应用在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。

传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。

据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程中：有的要放热、有的要吸热、要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量。

工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，以降低成本。

综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。

换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。

1．2 换热设备的分类1.2.1按作用原理或传热方式可分为：直接接触式、蓄热式、间壁式。

1.2.1.1直接接触式换热器，如下图所示热流体图1.1其传热的效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间。

蓄热式换热器，如下图所示图1.2其适用于温度较高的场合，但有交叉污染，温度被动大。

1.2.1.3 间壁式换热器，又称表面式换热器利用间壁进行热交换。

冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。

1.2.2 按其工艺用途可分为：冷却器（cooler）、冷凝器（condenser）、加热器（一般不发生相变）（heater）、蒸发器（发生相变）（evaporator）、再沸器（reboiler）、废热锅炉（waste heat boiler）。

1.2.3 按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。

1．3 国内外的研究现状上个世纪70年代初发生世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。

为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。

因此，几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。

近年来，国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大，并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。

尚需从事换热器专业的技术人员在制造工艺方面加大力度进行研究，使我国换热器技术从各个方面赶上国际水平，也需要各换热设备使用厂家勇于引进和推广新型高效换热器，为我国的节能事业做出贡献。

1．4 设计方案本设计为浮头式换热器，属于管壳式换热器的一种。

管壳式换热器具有可靠性高、适用性广等优点，在各工业领域中的到最为广泛的应用。

近年来受到其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展。

在换热器向高参数、大型化的今天，管壳式换热器仍占主要地位。

该设计参考的前提是常减压装置中的工艺条件，根据装置工艺条件选择具体的流量、温度、压力等参数。

浮头式换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内。

管束可以在其筒体内自由伸缩，不会产生热应力。

但是结构复杂，造价高，制造安装要求高。

浮头式换热器是由管箱、筒体、管板、封头、折流板、换热管等零部件组成，根据换热管材料、尺寸、管数、管程压力、管壁温度、管程数以及壳体材料、内径、厚度、壳程压力、温度等条件下确定管板的厚度、折流板的形状、尺寸与数量、折流板的布置情况和确定换热器的结构尺寸。

根据已知的工作状况，选定换热器所在的化工工艺过程，从而根据工艺条件，以确定换热器内介质的物性参数；根据工艺结构尺寸结合已知条件，进一步计算换热器结构参数；最后进行换热器核算。

2 换热器的选用与工艺设计2．1 设计任务和工艺条件一、已知设计参数:滑油（己烷）流量50m3/h，进口温度45℃,出口温度40℃,冷却水流量54m3/h,进口温度33℃，管程壳程操作压力为0.45MPa。

二、换热器类型浮头式2．2 确定设计方2.2.1选择换热器按要求使用浮头式换热器。

2.2.2流程安排如下图所示，由于循环冷却水较易结垢，若流速太慢将会加快污垢增长速度，使换热器的流量下降，所以综合考虑，使水走管程，滑油走壳程，且选择逆流的形式。

图2.12．3 确定物性参数2.3.1 计算冷却水出口温度热流量 1Q =1p c q v ρ△1t =876×1.955×50×(45-40)=428145kJ/h其中，1p c ——定压比热容 kJ·kg -1·K -1q m ——质量流量 kg·h -1 ρ ——流体的密度 kg·m 3假设冷却水出口温度为35℃管程流体的定性温度为t=（33＋35）/2=34℃循环冷却水在35℃的物性参数：密度 ρ=994.3 kg/ 3m定压比热容 c p =4.174 kJ/(kg ·K)冷却水的温差 △2t =1Q /2p c ·m=428145/(4.174×54×994.3)=2 ℃故假设基本合理，由管式换热器设计中的总传热系数K 的经验值取传热系数K=510W/(㎡·K)2.3.2 确定定性参数对于一般滑油和水等低粘度流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均值，故壳程滑油的定性温度为T=（45＋40）/2=42.5 ℃管程流体的定性温度为（即冷却水的温度）t=（33＋35）/2＝34 ℃根据定性温度分别查取管程和壳程流体的有关物性数据，可知：滑油在42.5℃下的有关物性数据如下密度 1ρ＝876kg/ 3m定压比热容 1p c =1.955 kJ/(kg ·K)热导率 1λ=0.144W/(m ·K)粘度 1μ=0.21pa ·s循环冷却水在34℃的物性数据：密度 2ρ＝994.3kg/3m定压比热容 2p c =4.174kJ/(kg ·K)热导率 2λ=0.624 W/(m ·K)粘度 2μ=0.742×310-Pa ·s2．4 估算换热面积2.4.1 热流量1Q =1p c v q ρ1t =876×1.955×50×(50-45)=428145kJ/h=119kw2.4.2 平均传热温差先按纯流体计算，由于△1t /△t 2=(45-35)/(40-33)=10/7<2，故Δt m =(Δt 1+Δt 2)/2=(10+7)/2=8.5K2.4.3 换热面积已知由经验取K=510W/(㎡·K)，则P A =1Q /(K ·△m t )=428145/(510×8.5)=27.5㎡2．5 工艺尺寸2.5.1 管径和管内流速选用φ19×2较高级冷拔传热管(碳钢)，取管内流速2υ =1.3m/s 。

2.5.2 管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数：s n ＝V/(4π·2i d ·u)=54÷3600/(0.785×20.015×1.3)＝65.3 根 按单管程计算，所需的传热管长度为L ＝P A /π0d s n ＝27.7/3.14×0.015×65= 9.04 m若按四管程设计，则传热管长度适中，采用标准设计，现取管长L=2.25 m ，传热管总根数：T N =65×4＝260 根2.5.3 平均传热温差校正及壳程数由于该换热器采用了多壳程，流体流经两次或多次折流后再流出换热器，这使换热器内流体流动的形式偏离纯粹的逆流和并流，因而使平均温度差的计算更为复杂。

对于错流或复杂流动的平均温差，常采用安德伍德（Underwood ）和鲍曼（Bowman ）提出的图算法。

该法是先按逆流计算对数温差Δt m ，再乘以考虑流动形式的温差修正系数t Δε，得到平均温度，如下R= (1T -2T ) / (2t -1t ) = (45-40) / (35-33)=2.5P= (2t -1t ) / (1T -1t ) = (35-33)/(45-33)=0.227式中 R ——热流体的温降/冷流体的温升P ——冷流体的升温/两流体最初温差1T 、2T ——热流体进、出口温度，℃1t 、2t ——冷流体进、出口温度，℃按四管程，单壳程结构，查圆筒和管子几何参数计算图（如下）得：图2.2ε＝0.96tΔ故，平均传热温差：Δt=tΔε·Δt m=0.96×8.5=8.08℃m由于平均传热温差校正系数大于0.8，故采取单壳程合适。

2.5.4 传热管排列和分程方法由于换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径, 故采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采取正方形排列，如左图所示。

d，则分程隔板两侧相取换热管中心距t=1.25邻管中心距：d0=19mm，t=1.25d0=1.25×19=23.75mm，按常用换热管中心距取 t=25mm分程隔板槽两侧相邻管中心距：如下图所示表2.1故有：表2.2换热器外径d/mm 19换热器中心距S/mm 25 分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn/mm 38 2.5.5 壳体内径该换热器采用四管程结构，壳体内径可按下式D= 1.05tN/式中t—管心距，mmN—传热管的总根数，d——传热管外径，mmη――管板利用率取η=0.6，得260=546mm，D＝1.05×256.0/按卷制壳体的进级档，可取D=600mm。

2．6 换热器核算2．6．1热流量核算2.6.1.1 壳程表面传热系数当量直径：42e d ππ=200-d ）4d20.025-0.785×20.019]/(3.14×0.019)=0.017m 壳程流通截面积：0S =BD(1-0d /t)=0.18×0.6(1-0.019/0.025)=0.0259㎡壳程流体流速及雷诺数分别为： 0u =VO q /0A =50÷3600/0.0259=0.54m/s 0e R =0d 0u ρ/0μ=0.015×0.54×876/0.21=33.79普兰特数：r P ＝p c 0μ/λ＝1955×0.21/0.144=2851由于e R r P d l＝2851×33.79×0.015/2.25﹥10 0e R =33.79﹤2300，此时，壳体流体为层流所以，由Nu=10.1430 1.86()()e r wd a R P l =μμ 故选用公式10.1430 1.86()()e r wd a R P l =μμd λ 粘度校正0.14()wμμ≈1 0a =1.86×(2851×33.79×0.015/2.2513)×0.1440.015=83W/(㎡·℃)2.6.1.2 管内表面传热系数可首先假设管内冷却水为湍流流动，根据式Nu=0.0230.8Re Pr n ，i a =0.023i i u d 0.8ni P d C （）（）ρμλμλ由化工原理知：自来水被加热，n 取0.4， 管程流体流通截面积i S =(π/4)·d 2·n s =0.785×20.015×2604=0.012㎡ 管程流体流速：i u =54÷3600/0.012=1.25m/sRe=310742.03.99425.1015.0⨯⨯⨯＝25125>10000 故假设成立，此时普兰特数 r P ＝624.010742.010174.433-⨯⨯⨯=4.96代入数值：i a =0.023×0.6240.015×(251250.8)×0.44.96=6013 W/(㎡·℃) 2.6.1.3 污垢热阻和管壁热阻按《管壳式热交换器设计手册GB151》表F7.1，可取 管外侧污垢热阻 o R =0.000176㎡·K/W 管内侧污垢热阻 i R =0.0006㎡·K/W 管壁热阻按式w R =wbλ式中 b ――传热管厚度，m ； w λ――管壁热导率，m ·K/W碳钢在该条件下的热导率为50W/(m ·K)，所以 w R ＝0.00250＝0.00004㎡·K/W2.6.1.4 传热系数K依式K=io i m o i o di o d da d db d d R a ⋅+⋅++11λ ，则 K=1560131915190006.05.1719004.0000176.08311⨯+⨯+⨯++=514w/m 2·℃ 2.6.1.5 传热面积裕度依式1c mQ A K t =Δ有 c A =08.85141000119⨯⨯＝27.45㎡改换热器的实际传热面积p Ap A ＝0T d lN π＝3.14×0.019×2.25×260=34.9㎡ 该还热器的面积裕度按式P CCA A H A -=计算有 H=45.2745.279.34-≈27.14﹪，因面积裕度大于15％～20％，故传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

合集下载

浮头式换热器设计说明书

浮头式换热器设计说明书

浮头式换热器设计说明书设计者：徐凯指导教师：张玲张亚男秦敏系别：机械工程系专业：热能与动力工程日期：2009.11宁夏理工学院前言换热器是非常重要的换热设备。

在国民生产的各个领域得到了广泛的应用。

本设计说明书主要介绍浮头式换热器的原理和设计思路及整个设计过程。

在浮头式换热器中，浮头式换热器的两端的管板，一端不与壳体相连，该端亦称浮头。

管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

浮头式换热器主要有如下特点：浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场就能清楚地看出来。

这种换热器的壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。

其缺点是结构复杂造价高，一般比固定管板高20%左右，在运行中浮头处发生泄漏不易检查处理。

浮头式换热器适应于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的工作条件下。

本书内容系统、完整，理论与实际并重。

书中对浮头式换热器设计中所需的各学科知识均有简要的介绍和解释。

同时该书对换热器在编写时注重介绍的方法简明扼要，条理清楚，深入浅出，紧密结合工程实际。

期间得秦敏、张春兰、张亚男、张玲等老师的悉心指导。

在此表示真挚的感谢！由于编者水平有限，其中难免不妥之处，恳请各位读者批评指正。

编者：徐凯2009-11-26目录第一章绪论第二章设计任务和设计条件 (1)第三章确定设计方案 (3)3.1 换热器类型的确定 (3)3.2 管程及壳程的流体安排 (3)第四章确定物性数据 (4)4.1定性温度的确定 (4)4.2列表 (6)第五章传热面积的估算 (7)第六章工艺结构尺寸的确定 (9)6.1 管径和管内流速的确定 (9)6.2 管程数和传热管数的确定 (9)6.3 平均传热温差的校正 (10)6.4 传热管排列和分程方法确定 (10)6.5 壳体内径的确定 (11)6.6 折流板的确定 (11)6.7 其它附件的确定 (12)第七章所设计换热器的校核算 (13)7.1 传热热流量的核算 (13)7.2 壁温的校核计算 (15)7.3 换热器内流体的流动阻力的核算 (17)参考文献 (19)换热器原理课程设计心得体会 (21)第一章绪论1.1换热器课程设计的目的和要求课程设计是《换热器原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。

浮头式换热器工艺说明书

浮头式换热器工艺说明书

化工原理课程设计原油加热器——浮头式换热器工艺说明书学院：材料科学与工程专业：高分子材料与工程班级：高分子112班姓名：***学号：**********指导教师：佟白目录第1章绪论 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

设计任务和设计条件 (3)第2章工艺设计与计算 (3)2. 1浮头式换热器的选用 (3)2.1.1 流动途径 (3)2.1.2 物性参数的确定...................................................................... 错误!未定义书签。

2.1.3 热负荷的计算 (3)2.1.4 估算传热面积A (4)2.2 工艺结构尺寸 (4)2.2.1 管径和管内流速 (4)2.2.2 管程数和传热管数 (4)2.2.3 平均传热温差校正及壳程数 (5)2.2.4 传热管排列和分程方法 (5)2.2.5 壳体内径 (6)2.2.6 折流板 (6)2.2.7 接管 (6)2.2.8 法兰 (14)2.2.9 其他附件.................................................................................. 错误!未定义书签。

2.3换热器核算 (7)2.3.1 传热能力核算 (7)2.3.2壳程流体传热膜系数 (7)2.3.3管程传热膜系数 (8)2.3.4总传热系数 (8)2.3.5传热面积裕度2.3.6壁温核算2.3.7换热器内流体的流动阻力 (9)2.3.8管程流体阻力 (9)2.3.9壳程流体阻力 (11)第3章3.1设备参数计算3. 2设计结果一览表错误!未定义书签。

浮头换热器毕业设计-说明书讲解

浮头换热器毕业设计-说明书讲解

目录摘要 (1)Abstract (2)前言 (3)第一章换热器概述 (4)1.1 换热器的应用 (4)1.2 换热器的主要分类 (4)1.3 管壳式换热器特殊结构 (9)1.4 换热管简介 (10)第二章工艺计算 (11)2.1 设计条件 (11)2.2 核算换热器传热面积 (11)2.3 压力降的计算 (16)2.4 换热器壁温计算 (19)第三章换热器结构设计与强度计算 (22)3.1 壳体与管箱厚度的确定 (22)3.2 开孔补强计算 (24)3.3 水压试验 (30)3.4 换热管 (31)3.5 管板设计 (33)3.6 折流板 (39)3.7 拉杆与定距管 (41)3.8 防冲板 (42)3.9 保温层 (42)3.10法兰与垫片 (42)3.11 钩圈式浮头 (46)3.12 分程隔板 (52)3.13 鞍座 (52)3.14 接管的最小位置 (54)第四章换热器的腐蚀、制造与检验 (56)4.1 换热器的腐蚀 (56)4.2 换热器的制造与检验 (56)第五章焊接工艺评定 (60)5.1 壳体焊接工艺 (60)5.2 换热管与管板的焊接 (60)5.3 法兰与筒体的焊接 (61)第六章换热器的安装、试车与维护 (62)6.1 安装 (62)6.2 试车 (62)6.3 维护 (63)总结 (64)致谢 (66)参考文献 (67)附录Ⅰ浮头法兰厚度计算程序 (68)附录Ⅱ相关文献 (72)摘要本设计说明书是关于PN2.5DN600浮头式换热器的设计，主要是进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。

设计的前半部分是工艺计算部分，主要是根据给定的设计条件估算换热面积，从而进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算。

设计的后半部分则是关于结构和强度的设计，主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。

浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)

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。