煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

化工原理課程

設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

設(shè)計(jì)題目：煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院

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目錄

一．列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

二．列管式換熱器設(shè)計(jì)書(shū)

1.概述

2.設(shè)計(jì)原則

(1)流體通道的選擇 （2）流體流速的選擇

(3)流體兩端溫度的確定（4）管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定

（5）管程、殼程數(shù)的確定（6）折流板

（7）換熱器中傳熱與流體流動(dòng)阻力計(jì)算

3．列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)的一般步驟

4．初步設(shè)計(jì)方案

5. 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算

(1)管徑和管內(nèi)流速 (2) 管程數(shù)和傳熱管數(shù)

(3)傳熱管的排列和分程方法(4) 殼體內(nèi)徑(5) 折流板(6) 折流板

6.換熱器核算

（1）熱流量核算 （2）核算壓強(qiáng)降 （3）管板厚度計(jì)算

（4）膨脹節(jié)計(jì)算 （5）零部件結(jié)構(gòu)的選取

三．附表 表一：固定管板式換熱器的基本參數(shù)

表二：常用固定管板式換熱器的傳熱系數(shù)的范圍

表三：常用體流的污垢熱阻

四．參考文獻(xiàn)

五．心得體會(huì)

列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

一 設(shè)計(jì)題目：煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

二 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件

1.處理能力：15萬(wàn)噸/年煤油

2設(shè)備形式：列管式換熱器

3.操作條件

（1） 煤油：入口溫度130℃，出口溫度50℃

（2） 冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度25℃，出口溫度45℃

（3） 允許壓強(qiáng)降：不大于100kPa

（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×

10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.℃)

（5） 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行

三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算

3.1 傳熱計(jì)算

3.2 管、殼程流體阻力計(jì)算

3.3管板厚度計(jì)算

3.4 U形膨脹節(jié)計(jì)算（浮頭式換熱器除外）

3.5 管束振動(dòng)

3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)

四 繪制換熱器裝配圖（A1圖紙）

五．參考文獻(xiàn)

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[2] 華南理工大學(xué)化工原理教研組. 化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996

[3] 刁玉瑋,王立業(yè). 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第五版）[M]. 大連：大連

理工大學(xué)出版社, 2000

[4] 大連理工大學(xué)化工原理教研室．化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 大連：

大連理工大學(xué)出版社，1996

[5] 魏崇光，鄭曉梅. 化工工程制圖[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版

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[8] 王靜康. 化工設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版，1998

[9] 傅啟民. 化工設(shè)計(jì)[M]. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000

[10] 董大勤. 化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999

[11] GB 151-1999管殼式換熱器

[12] JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)

[13] 靳明聰. 換熱器[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1990

[14] 蘭州石油機(jī)械研究所. 換熱器[M]. 北京：烴加工出版社，1986

列管式換熱器設(shè)計(jì)書(shū)

一． 概 述

在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器，簡(jiǎn)稱(chēng)熱換器。在熱換器中至少需要兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體溫度較低，吸收熱量。

在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。

隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的作用和地位的不同，換熱器的類(lèi)型也多種多樣，不同類(lèi)型的換熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。

列管式換熱器種類(lèi)很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種：

1.固定管板式換熱器：

這類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí)，為安全

起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)600kpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔�，就�?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。

2．填料函式換熱器：

這類(lèi)換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。

3．U型管式換熱器：

U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。

4．浮頭式換熱器：

換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱(chēng)之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。

二．設(shè)計(jì)原則

（1）流體通道的選擇

流體通道的選擇可參考以下原則進(jìn)行：

1.不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子；

2.腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗；

3.高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量；

4.飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程；

5.被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；

6.有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；

7.粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流體流向和流速不斷改變，在很低的雷諾數(shù)（Re

件下，將上述流體通入多管程中也可得到較高的對(duì)流傳熱系數(shù)。 在選擇流體通道時(shí)，以上各點(diǎn)常常不能兼顧，在實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)抓住主要矛盾。如首先要考慮流體的壓力、腐蝕性和清洗等要求，然后再校核對(duì)流傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)等，以便作出合理的選擇。

(2)流體流速的選擇

換熱器中流體流速的增加，可使對(duì)流傳熱系數(shù)增加，有利于減少污垢在管子表面沉積的可能性，即降低污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大。然而流速的增加又使流體流動(dòng)阻力增大，動(dòng)力消耗增大。因此，適宜的流體流速需通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定。充分利用系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的允許壓降來(lái)提高流速是換熱器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。在選擇流體流速時(shí)，除了經(jīng)濟(jì)核算以外，還應(yīng)考慮換熱器結(jié)構(gòu)上的要求。

(3)流體兩端溫度的確定

若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問(wèn)題。

(4)管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定

小直徑管子能使單位體積的傳熱面積大，因而在同樣體積內(nèi)可布置更多的傳熱面�；蛘哒f(shuō)，當(dāng)傳熱面積一定時(shí)，采用小管徑可使管子長(zhǎng)度縮短，增強(qiáng)傳熱，易于清洗。但是減小管徑將使流動(dòng)阻力增加，容易積垢。對(duì)于不清潔、易結(jié)垢或粘度較大的流體，宜采用較大的管徑。因此，管徑的選擇要視所用材料和操作條件而定，總的趨向是采用小直徑管子。

管長(zhǎng)的選擇是以合理使用管材和清洗方便為原則。國(guó)產(chǎn)管材的長(zhǎng)

度一般為6m，因此管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中換熱管的長(zhǎng)度分為1.5、2、3或6m幾種，常用3m或6m的規(guī)格。長(zhǎng)管不易清洗，且易彎曲。此外，管長(zhǎng)L與殼體D的比例應(yīng)適當(dāng)，一般L/D=4～6。

管子的排列方式有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列三種。等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大；正方形直列比較松散，對(duì)流傳熱系數(shù)較三角形排列時(shí)低，但管外壁清洗方便，適用于殼程流體易結(jié)垢的場(chǎng)合；正方形錯(cuò)列則介于上述兩者之間，對(duì)流傳熱系數(shù)較直列高。

換熱器殼體內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于管板的直徑。通常是根據(jù)管徑、管數(shù)、管間距及管子的排列方式用作圖法確定。

(5)管程和殼程數(shù)的確定

當(dāng)流體的流量較小而所需的傳熱面積較大時(shí)，需要管數(shù)很多，這可能會(huì)使流速降低，對(duì)流傳熱系數(shù)減小。為了提高流速，可采用多管程。但是管程數(shù)過(guò)多將導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，平均溫差下降，同時(shí)由于隔板占據(jù)一定面積，使管板上可利用的面積減少。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。采用多管程時(shí)，一般應(yīng)使各程管數(shù)大致相同。

(6)折流板

折流板又稱(chēng)折流擋板，安裝折流板的目的是為了提高殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。其常用型式有弓形折流板、圓盤(pán)形折流板以及螺旋折流板等。常用型式為弓形折流板。折流板的形狀和間距對(duì)殼程流體的流動(dòng)和傳熱具有重要影響。

(7)換熱器中傳熱與流體流動(dòng)阻力計(jì)算

有關(guān)列管式換熱器的傳熱計(jì)算可按已選定的結(jié)構(gòu)型式,根據(jù)傳熱過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)分別計(jì)算出兩側(cè)流體的對(duì)流傳熱熱阻及導(dǎo)熱熱阻，得到總傳熱系數(shù)，再按公式進(jìn)行換熱器傳熱計(jì)算。列管式換熱器中流動(dòng)阻力計(jì)算應(yīng)按殼程和管程兩個(gè)方面分別進(jìn)行。它與換熱器的結(jié)構(gòu)型式和流體特性有關(guān)，一般對(duì)特定型式換熱器可按經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算。

三．列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)的一般步驟

列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟基本上是一致的，其基本步驟如下：

1．估算傳熱面積，初選換熱器型號(hào) （1） 根據(jù)傳熱任務(wù)，計(jì)算傳熱速率；

（2） 確定流體在換熱器中兩端的溫度，并按定性溫度計(jì)算流體物性； （3） 計(jì)算傳熱溫差，并根據(jù)溫差修正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫； （4） 根據(jù)兩流體的溫差，確定換熱器的型式； （5） 選擇流體在換熱器中的通道；

（6） 依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，估取總傳熱系數(shù)值； （7） 依據(jù)傳熱基本方程，估算傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇換熱器的規(guī)格；

（8） 選擇流體的流速，確定換熱器的管程數(shù)和折流板間距。 2．計(jì)算管程和殼程流體的流動(dòng)阻力

根據(jù)初選的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管程和殼程流體的流動(dòng)阻力。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理和滿(mǎn)足工藝要求。若不符合要求，再調(diào)整管程數(shù)或折

流板間距，或選擇其他型號(hào)的換熱器，重新計(jì)算流動(dòng)阻力，直到滿(mǎn)足要求為止。

3．計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積

計(jì)算管程、殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計(jì)算傳熱系數(shù)和所需的傳熱面積。一般選用換熱器的實(shí)際傳熱面積比計(jì)算所需傳熱面積大10%～25%，否則另設(shè)總傳熱系數(shù)，另選換熱器，返回第一步，重新進(jìn)行校核計(jì)算。

上述步驟為一般原則，可視具體情況作適當(dāng)調(diào)整，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不合理處要反復(fù)計(jì)算。

四．初步設(shè)計(jì)方案 1.選擇換熱器的類(lèi)型

兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度130℃ 出口溫度50℃；冷流體進(jìn)口溫度25℃，出口溫度為45℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 2.管程安排

由于水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大，且水較易結(jié)垢，所以應(yīng)使冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。 3.確定物性數(shù)據(jù)

因?yàn)樗疄榈宛ざ攘黧w，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均

值。故其定性溫度為：t=物性數(shù)據(jù)如下：

密度

45?25

=35℃。查表得水在35℃時(shí)的有關(guān)2

994kg/m3，黏度 0.727×10-3Pa.s，比熱容

4.187kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.626W/(m.℃). 煤油的定性溫度為t=性數(shù)據(jù)如下：

密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.℃)。 4.計(jì)算相關(guān)的物理量 （1）煤油流量

Wh=15×10000×1000/(330×24×3600)=5.261㎏/s

130?50

=90℃，查表得煤油在90℃時(shí)的有關(guān)物2

(2)熱負(fù)荷

Q=whcph(T1?T2)=5.261×2.22×1000×(130－50)=934343 W （3）冷卻水流量

934343?3600Q

?40168 ㎏/h WC==3

cpc(t2?t1)4.187?10?(45?25)

(4)計(jì)算兩流體的平均溫度差 暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算。

?tm

/

?t2??t1(130?45)?(50?25)

?49.0oC = ln?t2=130?451ln

50?25

t2?t145?25T1?T2130?50

?0.19?4 而P＝=,R＝=

45?25T1?t1130?25t2?t1

?查表得：?t =0.87，所以

/??t?t△t =×m=0.87×49.0=42.63 ℃

m

（5）計(jì)算傳熱面積 假設(shè)K=300 W/(m.℃)，故

934343Q

S?==73.1 ㎡

K?tm300?42.63

五．工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算

1．管徑和管內(nèi)流速 選用的是Φ25×2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)水的流速u(mài)=0.7m/s。 2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)

ns=

V

4

?

2

diu

40168/(3600?994)

≈51根

0.785?0.022?0.7

按單程計(jì)算所需傳熱管的長(zhǎng)度

S73.1L???18.3 m

?dons3.14?0.025?51

單程管計(jì)算，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，采用多管程結(jié)構(gòu)。取L=4.5m，則換熱器的程數(shù)為

Np?L/l=18.3/4.5≈4

所以傳熱管總根數(shù)N=4×51=204 根 3.傳熱管的排列和分程方法

采用組合排列方法，即每程內(nèi)均按正三角形排列。取管心距t=1.25do，則

t=1.25×25=31.25≈32 mm 橫過(guò)管束中心的管數(shù)為

nc?1.N?1.1?204=16 根 4.殼體內(nèi)徑

采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率?=0.7，則殼體內(nèi)徑為 D=1.05tN/??1.05?204/0.7t=573.6 mm 可取整殼體公稱(chēng)直徑D=600mm。 5.折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為

h=0.25×600=150mm

取折流板間距B=0.4D B=0.4×600=240 mm， 則可取擋板間距為300 mm。 折流擋板數(shù)NB=

傳熱管長(zhǎng)

－1=4500/300-1=14 塊，

折流板間距

折流板圓缺面水平裝配。 6.接管

殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為u1=1.0m/s,則接管內(nèi)徑為： d1?

4V14?5.261

?=0.090 m ?u1825?3.14?1.0

取整后圓管內(nèi)徑可取為100mm。

管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u(mài)2=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為：

d2?

4V24?40168

?=0.098 m ?u23600?994?3.14?1.5

取整后圓管內(nèi)徑也可取為100mm。 所以各接管處的圓管內(nèi)徑都可取為100mm。

根據(jù)以上各數(shù)據(jù)的分析，可選用G600Ⅳ—1.0—77型換熱器。其有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表：

此換熱器的實(shí)際傳熱面積：

So?n?dl?222?3.14?0.025?(4.5?1)=76.7㎡

若選擇該型號(hào)的換熱器，則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為

Q934343

Ko??=285.8 W/(m.℃)

So?tm76.7?42.63

六．換熱器核算 1.熱流量核算

（1）殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺折流板，用克恩法計(jì)算： ?0?0.36

?1

de

Re0

0.55

Pr(

?0.14

) ?w

當(dāng)量直徑，由正三角形排列得：

?222π2

4?(?0.032??0.025)t?do)

de

＝==0.020 m

3.14?0.025πdo

殼程流通最大截面積： So = BD(1－

do0.025

)=0.039 ㎡ )=0.3?0.6?(1?

t0.032

殼程流體流速為：

v5.261

uo??=0.164 m/s

so825?0.039

雷諾數(shù)：Reo?

deuo?0.020?0.164?825

??3785 ?4

?7.15?10

2.22?1000?7.15?10?4

普朗特?cái)?shù)：Pr＝＝＝11.34

?0.14粘度校正：(

cp?

?0.14

)≈1 ?w

0.14

)?(3785)0.55?11.34?1=526 W/(m.℃) 0.020

所以,?o?0.36?(

（2）管程對(duì)流傳熱系數(shù)

?

?i= 0.023i

di

Rei

0.8

Pri

0.4

管程流體流通截面積：

Si?

?

4

di

2

N?222??0.022??0.017 ㎡ Np44

管程流體流速為：

ui?

v40168??0.66 m/s si3600?994?0.017

diui?0.02?0.66?994

??18048 ?3?0.727?10

雷諾數(shù)：Rei?

4.187?1000?0.727?10?3

普朗特?cái)?shù)：Pr＝＝4.86 i＝?0.626

cp?

0.6260.80.4

?(18048)?(4.86)?3444 W/(m.℃)?所以，i= 0.023?

0.02

（3）污垢熱阻 參考數(shù)據(jù)表，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻可分別取為 Rsi?0.00034 m.℃/W, Rso?0.00017 m.℃/W （4）總傳熱系數(shù)K

1bdododo

RRK? 1/（α＋so＋＋＋si）

?dαddomiii

1

＝?10.0025?0.0252525?

?0.00017??0.00034????

45.3?0.0225203444?20??526

＝342.4 W/(m.℃)

由前面的計(jì)算可知，選用該型號(hào)換熱器時(shí)要求過(guò)程中總傳熱系數(shù)為285.8 W/(m.℃)，在規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的K值為342.4

K342.4??1.20 W/(m.℃)，因?yàn)椋?/p>

Ko285.8

在1.15至1.25之間，故所選擇的換熱器是合適的。 （5）傳熱面積S

S?

Q934343

??64.0 ㎡ K?tm342.4?42.63

該換熱器的實(shí)際傳熱面積：So?76.7 ㎡ 該換熱器的面積裕度為： H=

Sp?SS

76.7?64.0

?100%??100%?19.8%

64.0

傳熱面積裕度合適，所以該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。

2.核算壓強(qiáng)降 （1）管程壓強(qiáng)降

∑△pi＝（△p1+△p2）Ft NpNs

△p1 ，△p2 ——分別為直管和回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降 Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對(duì)Φ25×2.5mm的傳熱管取1.4 Np —管程數(shù)，Np=4 Ns—串聯(lián)的殼程數(shù)，Ns=1。 管程流通面積為：

N?2222

??0.02??0.0174 ㎡ Ai?di

4Np44

2

?

管程流體流速為：

ui?

vs40168??0.645 m/s Ai3600?994?0.0174

diui?0.02?0.645?994

??17638（湍流） ?3?0.727?10

雷諾數(shù)：Rei?

設(shè)管壁粗糙度?=0.1mm,

d中可查得：?=0.035

?

i

0.1==0.005,由??Re關(guān)系圖20

2

lui4.50.6452

?i=0.035???994=1628 Pa 所以：△p1＝?i

di20.022

△p2＝?

ui2

2

0.6452

?994＝620 Pa ?i＝3?2

∑△pi＝（1628+620）?1.4?4?1＝12589 Pa

∑△po＝（?p1＋?p2）Fs Ns ?p1—流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降 ?p2—流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降

Fs—?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對(duì)液體可取1.15

//

/

/

其中，?p1=F fo nc (NB+1)

/

?uo2

22

2h?u/o

，?p2=NB（3.5－）

D2

F—管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列F=0.5 fo ——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo>500時(shí)，fo＝5.0ReReo nc——橫過(guò)煤油冷卻器的設(shè)計(jì)管束中心線的管子數(shù)，16根 NB——折流擋板數(shù)，14塊 h—折流擋板間距，0.3m

?0.228

uo—按殼程流通面積Ao計(jì)算的流速，而Ao=h（D-ncdo）。

殼程流通截面積：

)?0.06 ㎡ Ao=h（D-ncdo）=0.3?(0.6?16?0.025殼程流體流速為：

uo?

vs5.261

??0.11 m/s Ao825?0.06

douo?0.025?0.11?825

??3173 > 500 ?4

?7.15?10

?0.228

?0.228

=5.0?3173=0.80

雷諾數(shù)：Reo?

fo＝5.0ReReo

2

825?0.11/

所以：?p1=0.5?0.80?16?(14?1)?=479 Pa

2

2

2?0.3825?0.11/

)? ?p2=14?(3.5?=175 Pa 0.62

∑△po＝（479+175）?1.15?1=752 Pa

因此，殼程壓強(qiáng)降在允許的范圍內(nèi)。

綜上所述，管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿(mǎn)足題設(shè)要求。 3.管板厚度計(jì)算 固定管板厚度設(shè)計(jì)采用BS法。 假設(shè)管板厚度b=40mm，總換熱管數(shù)量 n=222。

一根管壁金屬橫截面積為：

2

a?d0?di2）??（252?202）?176.6mm2

44

??

開(kāi)孔溫度削弱系數(shù)（4程）：

??0.6

兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度(除掉兩管板厚)L取4420mm。 計(jì)算系數(shù)K：

2

K?1.32

Dibna1200

?1.32???Lb100222?176.6

0.6?4300?100

=6.18 所以，K=2.5

按管板筒支考慮，依K值查《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社：圖4-45，圖4-46，圖4-47得：

G1?2.9，G2?-0.65，G3?2.8

管板最大應(yīng)力:

?t?

1?（Ps?Pt）G2?1（6.9?0.4）?（?0.65）??P???6.41??57.4Mpaa???????0.607??0.233?

或

1?（Ps?Pt）G3?1（6.9?0.4）?2.8??

?t??Pa????6.41???101.2Mpa

?????0.607??0.233? 筒體內(nèi)徑截面積： A?

?

4

Di?

2

?

4

?12002=1538600 mm2

管板上管孔所占的總截面積：

n??2

do??222?252=615555.8mm2 C?44

系數(shù)

??

A-C1538600?615555.8

??0.6A1538600

系數(shù) ??

na222?176.6

??0.24

A?C1538600?615555

殼程壓力： Ps?6.9Mpa 管程壓力: Pl?0.4Mpa

（?6.9?0.4?（1?0.24）?6.404Mpa l1??） 當(dāng)量壓差： Pa?Ps-P

管板采用16Mn鍛： ???r?150Mpa 換熱管采用10號(hào)碳系鋼： ???t?112Mpa 管板管子程度校核：

?rmax?219.6Mpa?1.5????1.5?150?225Mpa

??t?112Mpa a?? ?tmax??101.2Mp

管板計(jì)算厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度要求�？紤]管板雙面腐蝕取C2?2㎜,實(shí)際管板厚為42mm. 4. 膨脹節(jié)計(jì)算

根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》中的選用標(biāo)準(zhǔn)，由GB96475—1997知：當(dāng)公稱(chēng)直徑為600mm，且公稱(chēng)壓力為1.0MPa時(shí)，可以選用Q235—A型的波形膨脹節(jié)，它的壁厚為4mm，單波軸向剛度為11.4KN/mm,補(bǔ)償量為2.5mm。 5. 零部件結(jié)構(gòu)的選取

由于零部件結(jié)構(gòu)的計(jì)算比較麻煩，所以參照書(shū)上的數(shù)據(jù)可得相應(yīng)的固定管板式換熱器的有關(guān)數(shù)據(jù)：

殼體壁厚為10mm，折流板厚度為5mm，數(shù)量為14，接管壁厚為4mm。 橢圓形封頭的`曲面高度為150mm,直邊高度為50mm，厚度為8mm。 接管法蘭外徑為210mm，螺栓孔位置在170mm處，突緣半徑為148mm,螺栓孔直徑為18mm，接管法蘭厚度為18mm。

拉桿的直徑為12mm,需4根拉桿，而包裹在其外的定距管的直徑則為25mm。

鞍式支座中，底板長(zhǎng)度為540mm,A型底板寬度為150mm，B型底板寬度為160mm，螺栓孔間距長(zhǎng)420mm。

附表：

表一：固定管板式換熱器的基本參數(shù)

表二：常用固定管板式換熱器的傳熱系數(shù)的范圍

表三：常用體流的污垢熱阻

參考文獻(xiàn)

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[2] 華南理工大學(xué)化工原理教研組《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996年

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連理工大學(xué)出版社, 2000年

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[6] JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù) [7] 網(wǎng)上資源

心得體會(huì)

這次為期兩個(gè)星期左右的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束，這次的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)列管式換熱器。雖然設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)的時(shí)間不長(zhǎng)，卻收獲頗多，受益匪淺。

首先，這次課程設(shè)計(jì)是我們所接觸的實(shí)踐任務(wù)中最繁瑣的、專(zhuān)業(yè)性最強(qiáng)的，所要用到的知識(shí)很多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、制冷原理和換熱器原理與設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。這些知識(shí)不是機(jī)械的相加，而是需要全面的考慮和整體布局，不止一次因?yàn)榭紤]不全而要重新來(lái)過(guò)；有時(shí)會(huì)不耐煩，可想想不耐煩對(duì)我沒(méi)有任何益處，便及時(shí)的調(diào)整過(guò)來(lái)。最后，整體計(jì)算了四次才選定初步的換熱器型號(hào)。而且，有時(shí)為了一個(gè)數(shù)據(jù)查找了好幾本書(shū)，還是找不到結(jié)果的時(shí)候，是挺納悶的，很容易讓人想放棄。但有目標(biāo)在，繼續(xù)尋找，努力終會(huì)結(jié)果，這結(jié)果就是對(duì)努力的獎(jiǎng)勵(lì)。特別是在其他同學(xué)都還沒(méi)找到而你找到，拿來(lái)跟其他同學(xué)共享，那更是一件樂(lè)事。在辛苦的同時(shí)，享受著辛苦帶來(lái)收獲的喜悅。

其次，這次課程設(shè)計(jì)還考驗(yàn)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、平和的心態(tài)。這次設(shè)計(jì)工作量大，用到的知識(shí)多，而且我們又是第一次設(shè)計(jì)，所以單獨(dú)靠自己是不法完滿(mǎn)的完成本次課程設(shè)計(jì)。我們同學(xué)之間經(jīng)常要進(jìn)行討論，甚至爭(zhēng)論，這樣，我們就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并能因此產(chǎn)生比較合理的結(jié)果和方法。大家都明白了，那其他的都不是問(wèn)題。同時(shí)爭(zhēng)論讓我更加清楚地了解自己，讓我明白我要更加耐心的表達(dá)我的想法，把問(wèn)題解析清楚，也要耐心的聽(tīng)其他同學(xué)的意見(jiàn)。如果有實(shí)在解決不了的問(wèn)題，就去向老師咨詢(xún)，老師會(huì)耐心地給我們講解，直到我們完全弄明白了為止。

最后要提到的就是繪圖了。由于工程制圖不是我們的專(zhuān)業(yè)，而且我們學(xué)了將近兩年了，差不多都將其內(nèi)容忘光了。于是乎我們只能捧著厚厚的課本將其仔細(xì)的復(fù)習(xí)一遍，然后再進(jìn)行正式的繪圖工作。繪圖過(guò)程中遇到了不少的麻煩，簡(jiǎn)直讓人頭疼。剛開(kāi)始整體的布局規(guī)劃就很啰嗦，要布局得當(dāng)才能使圖既能夠畫(huà)完，又表現(xiàn)得十分清晰。而且因?yàn)閾Q熱器中有很多的零部件，它們的尺寸或者厚度很小，畫(huà)的時(shí)候很難準(zhǔn)確地按照比例將其繪畫(huà)出來(lái)。于是，我們每天早出晚歸，一整天都已畫(huà)室為家，終于功夫不負(fù)有心人，最后將換熱器圖圓滿(mǎn)順利地完成了。

雖然在這次的換熱器設(shè)計(jì)中遇到了很多的麻煩，但最終通過(guò)自

己的努力、同學(xué)的幫助以及老師的耐心講解，最終還是完成了任務(wù)。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)任務(wù)，我鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，并讓我對(duì)化工知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí)和理解，還增強(qiáng)了我的查閱能力以及動(dòng)手能力�？傊�，收獲還是蠻多的。

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