最新换热器课程设计说明书Word文件下载.docx
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③依所处理流体介质的性质,凭经验初选一总传热系数K0（估）,并由总传热速率方程计算传热面积S'
0:
S'
0=Q/K0估Δtm
式中Q———热负荷,W;
K0（估）———凭经验选取的总传热系数,W/（m2·
K）;
Δtm———平均温度差,℃。
④根根据计算出的S’0值,查有关换热器系列标准,确定型号规格并列出各结构主要基本参数。
⑤利用总传热系数关联式计算K0（计）,再由总传热速率方程式求出S0（计）。
考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的因素,应使得所选用换热器具有的传热面积S0留有的裕度10%～25%,即[（S0-S0（计））/S0（计）]=（10%～25%）。
否则需重新估计一个K0（估）,重复以上计算。
也可依所选用换热器具有的传热面积S0,通过总传热速率方程式求出K0（选）,然后比较K0（选）/K0（计）之值是否在1.15～1.25范围。
⑥计算出管、壳程压力降,验算是否满足要求。
三、工艺计算及主要设备设计
1、确定设计方案
1.1选择换热器的类型：
两流体温度变化情况：
煤油进口温度为125℃，出口温度40℃，冷流体进口温度25℃，出口温度45℃；
设煤油压力为0.3MPa，冷却水压力为0.4MPa。
该换热器用循环冷却水冷却，固定管板式换热器具有结构简单和造价低廉等优点,但它仅适用于壳程流体压强小于0.6MPa,管、壳程壁温温度差小于70℃,且管间只能通过清洁流体的场合，因此初步确定选用固定管板式换热器。
1.2流程安排:
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。
选用ф25×
2.5的碳钢管（换热管标准：
GB8163）。
2、确定物性数据：
2.1定性温度：
可取流体进口温度的平均值。
煤油的定性温度为：
（℃）
冷却水的定性温度为：
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
煤油在82.5℃下的有关物性数据
循环冷却水在35℃下的物性数据
密度
ρo=825kg/m3
ρi=994kg/m3
定压比热容
cpo=2.22kJ/（kg·
K）
cpi=4.187kJ/（kg·
导热系数
λo=0.140W/（m·
λi=0.626W/（m·
粘度
μo=0.000715Pa·
s
μi=0.000727Pa·
3、估算传热面积
3.1计算热负荷和冷却水用量
Wh=
（kg/h）
Q=WhCphΔt0=18939.4×
2.22×
（125-40）=3.57x106kJ/h=992.7（kW）
忽略换热器的热损失，冷却水用量
3.2计算两流体的平均温度差
先按理想逆流传热温度差进行计算，即
（℃）
3.3温度校正
平均传热温差校正系数：
R=（125-40）/（45-25）=4.25;
P=（45-25）/（125-25）=0.2
由R和P值，按单壳程查温度差校正系数图，得温度校正系数φ=0.81>
0.8，可行。
所以修正后的传热温度差为Δtm=φΔtm’=0.81x38.83=31.45（℃）
3.4初步选型
3.4.1传热面积
假设K=300W/（m2·
K）,则估算面积为：
A=Q/（K×
Δtm）=992.7×
103/（300×
31.45）=105.2（m2）
3.4.2管径和管内流速
换热管选用碳钢管ф25×
2.5mm，取管内流速u=1.0m/s
3.4.3管程数和传热管数
换热管选用普通无缝钢管ф25×
2.5mm，管内径d=0.025-2x0.0025=0.02m，于是单程管根数n'
为
=37.98
取n'
=38根
按单程管计算，所需的传热管长度为：
=35.2m
3.4.4初选换热器类型与型号
由于Tm-tm=（125+40）/2-（45+25）/2=47.5（℃）<
50（℃）,两流体间的温差不大，不需要温度补偿；
但是为了便于壳程污垢清洗，以采用固定管板式列管换热器为宜，且初步选定的具体型号为G600VI-1.0-100
G600VI-1.0-100的具体参数
壳径/mm
600
管子尺寸
ф25×
2.5mm
公称压力/
1MPa
管长/m
6
公称传热面积/㎡
100
管子总数
216
管程数
管子排列方式
正三角形
壳程数
1
折流挡板形式
弓形折流板
3.4.5传热管排列和分程方法
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长为l=6m，则该换热器的管程数为：
NP=L/l=35.2/6=6；
传热管总根数：
NT=38×
6=228（根）
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25d0，则t=1.25×
25=31.25≈32（mm）
横过管束中心线的管数
Nc=1.1
=1.1
=17根
3.4.6壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为
=606.4mm
圆整可取D=600mm。
3.4.7折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×
600=150（mm）。
折流板间距B=0.4D,则B=0.4×
600=240mm。
折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=6000/240-1=24（块）
折流板圆缺面水平装配
3.4.7接管
壳程流体进出口接管：
取接管内煤油流速为u＝1.0m/s，则接管内径为：
D1=
（m），圆整后可取管内径为90mm。
管程流体进出口接管：
取接管内循环水流速u＝1.5m/s，则接管内径为
（m）=100mm。
4.换热器的核算
4.1热流量核算
4.1.1壳程表面传热系数；
用克恩法计算：
当量直径，由正三角排列得：
de=
m
壳程流通截面积：
=0.0315（m2）
壳程中煤油流体流速及其雷诺数分别为：
u0=V0/A=
（m/s）
Re0=
=
=4661.5
普朗特数：
Pr=
；
粘度校正：
α0=
=589.7〔W/（m2·
K）〕
4.1.2管内表面传热系数：
i
管程流体流通截面积：
Si=0.785×
0.022×
216/6=0.0113（m2）
管程流体流速及其雷诺数分别为：
ui=
=1.055（m/s）
Rei=
=28849.2
i=0.023×
=5008.1〔W/（m2·
K）〕
4.1.3污垢热阻和管壁热阻
查有关文献知可取：
管外侧污垢热阻R0=0.00017m2·
K/W
管内侧污垢热阻Ri=0.00034m2·
5.1.4计算传热系数K（忽略管壁热阻）：
＝
＋Rso＋
＋
Ko=
=394
计算传热面积AC:
AC=Q/（KC×
△tm）=992.7×
103/（394×
31.45）=80.11（m2）
该换热器的实际传热面积A：
A=
=3.14×
0.025×
6×
（228-17）=99.38（m2）
5.1.5该换热器的面积裕度为：
H=
×
100%=
100%=24.05%
为了保证换热器的可靠性,一般应使换热器的面积裕度大于15%～25%。
满足此要求,所设计的换热器较为合适传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
5.2换热器内流体的流动阻力
5.2.1管程流体阻力
计算公式如下：
△Pt=（△Pi+△Pr）NSNpFS;
NS=1,Np=6，FS=1.5;
△Pi=
。
由Re=28849.2，传热管相对粗糙度0.1/20=0.005，莫狄图（下图）得
=0.0338，流速u=1.055m/s，ρ=994kg/m3，故
=5609.18（Pa）；
△Pr=
=1573（Pa）
△Pt＝（△Pi＋△Pr）FsNs=（5609.18+1573）×
1.5=64639.62（Pa）<
105Pa
管程流体阻力在允许范围内
5.2.2壳程阻力
公式有：
△PS=（△P0+△Pi）FSNS
其中FS=1.15；
NS=1；
△P0=Ff0NTC（NB+1）
;
又F=0.5,
f0=5Reo-0.228=5×
4661.5-0.228=0.729,Nc=1.1NT0.5=1.1×
2280.5=17
NB=24;
u0=0.202m/s
则流体流经管束的阻力：
△P0=Ff0Nc（NB+1）
=0.5×
0.729×
17×
（24+1）×
825×
0.2022/2≈2607.43（Pa）
流体流过折流板缺口的阻力
△Pi=NB（3.5-2B/D）
其中B=0.24m;
D=0.6m；
故
△Pi=24×
（3.5-2×
0.24/0.6）×
0.2022/2≈1090.69（Pa），
则总阻力：
△PS=△P0+△Pi=2607.43+1090.69=3698.12（Pa）<
105Pa。
故壳程流体的阻力也适宜。
综上所诉，该换热器管程与壳程的压力降均小于允许压降100KPa，均符合要求，所以设计的换热器符合条件。
四、设计结果设计一览表
换热器主要结构尺寸和计算结果见下表。
参数
管程
壳程
流率/（kg/h）
42676.4
18939.4
进/出温度/℃
25/45
125/40
物
性
定性温度/℃
35
82.5
密度/（kg/m3）
994
825
定压比热容/（kJ/（kg·
K））
4.18
2.22
粘度/（Pa·
s）
0.000727
0.000715
热导率/〔w/（m·
0.626
0.140
普朗特数
4.85
11.34
设
备
结
构
参
数
形式
固定管板式
台数
1
壳体内径/mm
②子网号为192.168.0.128，主机号范围为192.168.0.129～192.168.0.190（5分600
1.查询设计器的“筛选”选项卡用来指定查询的________。
ENDFOR1
A.DOWHILE-ENDDOB.DOCASE-ENDCASE管径/mm
2.5
三、简答题（共30分）管心距/mm
A.在数据库中，可以包含表,视图,查询以及表间永久关系32
管长/mm
6000
管子排列
△
管数目/根
216
20.查询数据表Rsda中职工的“职称”字段值为空值的记录的命令是：
折流板数/个
24
传热面积/m2
100.0
折流板间距/mm
240
6
材质
碳钢
主要计算结果
管程
壳程
流速/（m/s）
1.055
0.202
表面传热系数/〔w/（m2·
5008.1
589.7
污垢阻力/（w/m2·
0.00034
0.00017
阻力/MPa
0.06
0.0056
热流量/kW
992.7
传热温差/℃
31.45
传热系数/〔w/（m2·
394
裕度/%
24.05
五、辅助设备的计算和选型
5.1封头（JBT4729_94）
标准椭圆形封头的几何形状如附图1所示。
形成这种封头的母线是由14椭圆线和平行于回转轴的短直线光滑连接而成,故它由半个椭圆球和一个高度为h0的圆柱短节（称它为封头的直边部分）构成。
附表1所列椭圆封头尺寸与质量,摘自JBT4729_94标准。
附图1标准椭圆形封头
椭圆封头尺寸与质量（摘自JBT4729_94）
5.2压力容器法兰（TB4702—92）
压力容器法兰（TB4702—92）的类型有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰。
用于不锈钢容器时,法兰端面焊有不锈钢衬环。
就法兰的密封面来说,又有平密封面、凹凸密封面和榫槽密封面之分。
5.3鞍式支座（JBT4712-92）
卧式容器的支座常用鞍式支座,简称鞍座。
它是由底板、腹板、筋板和垫板四种板组焊而成的焊制鞍座;
或其中腹板与底板由同一块钢板弯制的弯制鞍座.这次设计采用重型弯制鞍座。
DN500～900鞍座尺寸（JBT4712—92）mm
DN500～900mm的型鞍式支座
DN500～900mm的型弯制鞍式支座
5.4管板
焊接管板的最小厚度取决于焊接工艺及管板焊接变形的要求,对于固定管板式换热器的管板结构见图1_12,主要尺寸见表1_12。
5.5拉杆与定距管
折流板的安装固定是通过拉杆和定距管来实现的。
拉杆是一根两端皆带有螺纹的长杆,一端拧入管板,折流板就穿在拉杆上,各板之间则以套在拉杆上的定距管来保持板间距离,最后一块折流板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。
拉杆直径及数量可依换热器壳体内直径选定,各种尺寸换热器的拉杆直径和拉杆数,可参考表1_17选取。
定距管通常采用与换热管材料、直径相
同的管子。
5.6折流板
安装折流板的目的,是为了加大壳程流体的湍流速度,使湍流程度加剧,提高壳程流体的对流传热系数。
在卧式换热器中折流板还起到支承管束的作用。
常用折流板有弓形（或称圆缺形）和圆盘—圆环形两种。
弓形折流板结构简单,性能优良,在实际中最为常用。
折流板直径Dc取决于它与壳体之间间隙的大小。
间隙过大时,流体由间隙流过而根本不与换热器接触;
间隙过小时又会引起制造和安装上的困难。
折流板直径Dc与壳体内直径Di间的间隙可依表1_13中所列数值选定。
六、设计评述
本次化工课程设计是对列管式换热器的设计，通过查阅有关文献资料、上网搜索资料以及反复计算核实，本列管式换热器的设计可以说基本完成了。
一开始接到这个任务很迷茫，因为本来对换热器的设计这个概念就不清楚，而且对于画图一直也是我的弱项，所以心情很浮躁，过去了几天还是毫无头绪。
后来在答疑课上借到了上届的作业，开始一步一步地研究。
课程设计需要学生自己做出决策，自己确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程设计是增强工程观念、培养提高学生独立工作能力的有益实践。
换热器的设计主要是核算比较麻烦，而且计算时遇到很多麻烦，关于管程壳径等概念很模糊，设计过程中遇到的麻烦很多，也正是因为这样，我开始不断地查阅资料问问题，突然间觉得自己虽然学过这些知识，但是还是有很多的疑问。
也正是因为不断地发现问题分析问题解决问题，才提高自己的理解和学习能力。
通过这次设计我了解了换热器的工艺流程，知道了各种换热器的优缺点，通过一次次地计算，对于换热器的型号的选择依据有了更深刻的理解。
第二周开始作图，一开始面对A1的纸却不敢下笔，不敢画页不知道该怎么画，于是先画了个边框，接着在图书馆找了一下午资料，才知道自己知道的只是冰山一角，第二天在宿舍呆了一天去查法兰还有支座的尺寸和型号。
在画图的时候一边画一边问，在大家的讨论中明白了很多，也找出了自己很多的错误。
虽然现在自己的说明书和图还有很多的问题，图纸的线条不够清晰，有些线条甚至是画斜了，但是从这次课程设计中我懂了很多，不仅是换热器的只是，还学到了很多课本上没有的，知道不耻下问，知道坚持不懈，知道静下心来去做事。
七、参考资料
［1］匡国柱、史启才.化工单元过程及设备课程设计.北京：
化工工业出版社，2002
［2］姚玉英.化工原理.天津：
天津：
大学出版社，1999
［3］刘巍.冷换设备工艺计算手册.北京：
中国石化出版社，2003
［4］黄璐、王保国.化工设计.北京：
化学工业出版社，2001
［5］谭天恩等.化工原理.北京：
化学工业出版社，2006
［6］董振珂.化工制图.北京化学工业出版社，2001
［7］王非、林英.化工设备用钢.北京：
化学工业出版社，2003
［8］秦叔经、叶文邦.换热器.北京：
化学工业出版社，2002
［9］李克永.化工机械手册.天津：
天津大学出版社，1991
［10］贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.北京：
化学工业出版社，1989
八、主要符号说明
P——压力，Pa;
Q——传热速率，W；
R——热阻，㎡·
K/W；
Re——雷诺准数；
S——传热面积，㎡；
t——冷流体温度，℃；
T——热流体温度，℃；
u——流速，m/s;
——质量流速，㎏/h;
——表面传热系数W/（㎡·
K）;
——有限差值；
——导热系数，W/（m·
——粘度，Pa·
s;
——密度，㎏/m3;
——校正系数。
r——转速，n/（r/min）
H——扬程，m
——必须汽蚀余量，m
A——实际传热面积，
Pr——普郎特系数
NB——板数，块K——总传热系数，W/（㎡·
K）
——体积流量Nt——管数，根
Np——管程数l——管长，m
KC——传热系数，W/（m·
K）△tm——平均传热温差，℃
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