列管式固定管板换热器设计综述Word文件下载.docx

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吸收塔顶操作压力

，从D-10301来的压缩富气进入吸收塔C-10301自下而上逆流与来自D-10201来的粗汽油和补充吸收剂泵P-10304/1、2送来的稳定汽油（补充吸收剂）逆相接触。

气体中的

以上的更重组分大部分被吸收，剩下含有少量吸收剂的气体（贫气）去再吸收塔C-10303，为了取走吸收时放出的热量，在吸收塔用P-10302/1-4分别抽出四个中段回流，经中段回流冷却器E-10307/1-8冷却后再返回吸收塔。

在D-10301中平衡汽化得到的凝缩油由凝缩油泵P-10301/1、2抽出后，经脱吸塔进料-稳定汽油换热器E-10302/1-2换热至

，脱吸塔顶操作压力1.4MPa，温度

，脱吸塔底部由脱吸塔底重沸器提供热量。

用分馏部分中段回流作为热载体，以脱除凝缩油中的

组分。

塔底脱出的脱乙烷汽油送至汽油稳定系统。

贫气从吸收塔顶出来进入在吸收塔C10303，操作压力1.25MPa。

与从分馏部分来的贫吸收油（轻柴油）逆流接触，以脱除气体中夹带的轻汽油组份，经吸收后的气体送至脱硫装置，富吸收油则靠再吸收塔的压力自流至E-10205/1-2，与贫吸收油换热后再返回分馏塔。

汽油稳定系统脱乙烷汽油从托吸收塔底出来，自压进入稳定塔进料换热器E-10303/1-4，和稳定汽油换热后进入稳定塔C-10304.塔的操作压力1.15MPa，丁烷和更轻的组份从塔顶馏出，经过塔顶冷凝冷却器E-10308/1-8冷却后进入塔顶回流罐D-10302，液体产品-液化气用稳定塔顶回流泵升压，大部分作为稳定塔顶回流，另一部分作为化工原料送至脱硫装置。

稳定汽油自塔底靠本身压力依次进入E-10304/1-4、E-10302/1-4，换热后再进入稳定汽油-除盐水换热器E-10301/1-2、稳定汽油空冷器EC-10302/1-4、稳定汽油冷却器E-10309/1-2，冷却到40度。

一部分作为补充吸收剂用P-10304/1.2送至吸收塔，其余部分送往脱硫装置。

稳定塔底重沸器的热源来自分馏部分第二中段循环回流。

第2章

工艺设计

2.1设计概述

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

在化工生产中换热器可作为冷却器、加热器、蒸发器等，应用更加广泛。

换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换交换的原理和方式基本上可分三大类即：

间壁式、混合式和蓄热式。

在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。

换热器在工业生产中的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预热器，电厂热力系统中的凝气器、除氧器、给水加热器、冷水塔；

冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；

制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；

制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是换热器的应用实例。

在化学工业和石油化学工业的生产过程中，换热器也有较多的应用。

在航天工业中，为了及时取出发动机及其辅助动力装置在运行时所产生的大量热量，换热器也是不可缺少的重要部件。

在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。

换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。

2.2设计课题

设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式固定管板换热器，水流量为

，水温由

加热到

。

水蒸气入口温度

，出口温度

允许压强降管程不高于

，壳程不高于

根据设计题目与介质，选择列管式固定管板换热器，循环水走管程，水蒸气走壳程。

2.3设计参数的确定

根据工艺条件查物性表可得：

水蒸气的定性温度

密度

汽化潜热

黏度

定压比热容

热导率

循环水的定性温度

2.4初算换热器的传热面积

2.4.1换热器的热流量（忽略热损失）

热流量

（2-1）

由公式（2-1）计算得

2.4.2水蒸气的消耗量（忽略热损失）

冷却剂（加热剂）用量

（2-2）

由公式（2-2）计算得水蒸气的用量为

2.4.3平均传热温差

根据工艺条件，选取逆向流向,先按单壳程单管程考虑,计算出平均温度差

（2-3）

式中

，

由公式（2-3）算得

温度校正系数

，故平均温度差

2.4.4计算传热面积

根据经验数值初选总传热系数

，由

值初算所需传热面积。

传热面积

（2-4）

由式（2-4）得

2.5主要工艺及结构基本参数的计算

2.5.1换热管选择

1、换热管选用

的钢管，管内流速取

2、换热管数量及长度的确定

管数

管长

根据GB151，标准传热管有1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.5m、6.0m、7.5m、9.0m、12.0m。

根据计算结果取传热管长

则该换热器的管程数为

（即为单管程）

所以传热管总根数

3、管子的排列方式及管子与管板的连接方式的选定

管子的排列方式采用正三角形排列；

管子与管板的连接采用焊接法。

2.5.2计算壳体内直径

壳体内径

（2-5）

式中管中心距

横过管束中心线的管数

根

管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离

所以由式（2-5）得

按壳体直径标准系列尺寸圆整，取

2.5.3画出排管图

根据壳体内径

、管中心距

、横过管中心线的管数

及其排列方式，绘出排管图。

由图可见，中心排有11根管，按三角形排列，可排119根，除去6根拉杆位置，实际排出113根。

与上述计算相符。

因此实际管数取N=113根。

图2-1换热管排布图

2.5.4计算实际传热面积

及过程的总传热系数

（2-6）

由式（2-6）得

总传热系数

（2-7）

由式（2-7）得

2.5.5折流板直径

数量及有关尺寸的确定

选取折流板与壳体间的间隙为3mm,因此

折流板直径

切去弓形高度

折流板数量

取折流板间距

，那么

块

取整得

实际折流板间距

2.5.6拉杆的直径和数量与定居管的选定

选用

钢拉杆，数量6根，定距管采用

钢管。

2.6换热器核算

2.6.1换热器内流体的压力降

1、管程压力降计算：

（2-8）

串联壳程数

，管程数

对于

换热管，结构校正系数为

换热器为单程管

由Re=16620，传热管绝对粗糙度0.02，查莫狄图得

则流体流经直管段的压力为

（2-9）

由式（2-9）得

故管程流体阻力在允许范围之内。

2、壳程压力降计算

（2-10）

其中流体流经管束的压强降为

（2-11）

其中，管子排列方式对压强降的校正因子，F=0.5

摩擦系数

故壳程压力降在允许范围内。

2.6.2热流量核算

总传热系数

（2-12）管程给热系数

（2-13）

壳程给热系数

（2-14）

由式（2-13）得，

由式（2-14）得

由式（2-12）算得

即

由于

，在范围之内，所以本设计合理。

第3章结构设计

3.1折流挡板

安装折流挡板的目的是为提高管外对流传热系数，为取得良好效果，挡板的形状和间距必须适当。

对常用的圆缺型挡板，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。

弓形缺口太大或太小都会产生“死区”，太大不利于传热，太小又增加流体阻力。

挡板的间距对壳程的流动亦有重要的影响。

间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外对流传热系数下降；

间距太小，不便于制造和检修，不便于制造和检修，阻力损失亦大。

一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍。

我国系列标准中采用的挡板间距为：

固定管板式有100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、700mm、7种；

浮头式有100mm、150mm、250mm、300mm、350mm、450mm、（或480mm）、600mm8种。

3.2法兰

换热器设备常用的法兰分为设备法兰和管法兰两类。

设备法兰标准有：

甲型平焊法兰，选用压力范围为

乙形平焊法兰，选用压力范围为

长颈对焊法兰，选用压力范围为

本设计选用

甲型平焊法兰只有法兰环。

一般采用钢板制作，必要时也可以采用锻件轧制，与圆筒体或封头角焊连接。

由于法兰环与筒体或封头连接的整体性差，即该法兰的连接强度和刚度较小，因此只适用于温度、压力较低的场合。

在现行的行业标准中，甲型平焊法兰只有四个压力等级（

），公称直径的适用范围也较小（

），所用工作温度范围为

3.3换热管

换热管的规格包括管径和管长。

换热管的直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。

因此，对于洁净的流体管径可取小些，但对于不洁净或亦结垢的流体，管径应该取得大些，以免堵塞。

目前我国试行的系列标准规定采用Φ25×

2.5和Φ19×

2.5两种规格，对于一般流体是适用的。

此外还有Φ38×

2.5，Φ57×

2.5的无缝钢管。

本设计选用Φ25×

2.5规格的换热管。

我国生产的钢管系列标准中管长有1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m，按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管长合理截取。

同时管长又应与壳径相适应，一般管长与壳径之比，即L/D为3～4.5。

本设计选用6m的管长。

管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。

与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑管外流体湍流程度高，表面传热系数大。

正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对亦结垢流体更为适用。

本设计选用等边三角形的排列方式。

3.4支座

化工压力容器及设备都是通过支座固定在工艺流程中的某一位置上的。

支座的形式主要分三大类：

立式容器支座、卧式容器支座、球式容器支座。

卧式容器支座又可分为鞍式支座、圈式支座和支腿式支座，尤以鞍式支座使用最为广泛。

鞍式支座的结构特征：

1．鞍式支座标准分轻型（代号A）和重型（代号