年处理量为15万吨的热水冷却换热器设计Word文件下载.doc

1、2.2 热负荷及传热面积的确定62.2.1热负荷62.2.2平均传热温差校正及壳程数72.2.3初算传热面积72.3 换热器主要结构尺寸的确定72.3.1 管径和管内流速72.3.2管程数和传热管数72.3.3壳程数82.3.4传热管排列和分程方法82.3.5壳体直径92.3.6折流板102.3.7接管102.4 换热器核算102.4.1传热面积校核102.4.2换热器内压降的核算133设计结果汇总表164结果与讨论175心得体会186参考文献19附录20摘要换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体

2、冷却，液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。本设计就是利用相关知识，设计出达到工艺所规定的要求，同时强度、结构可靠，便于制造、安装和检修，以及经济上合理的列管式换热器，满足生产需要。本设计以循环水和热水为介质，按实际设计步骤进行计算、核算和结构设计。主要研究内容如下：1、 对换热器的分类、材料和运用进行阐述，了解换热器的基本结构和基本原理。2、 通过查阅换热器设计相关标准得出的数据，对固定管板式换热器进行设计，具体分为换热器的传热计算、核算和结构设计。3、 换热器的外部设计包括它的板管的设计、封头的设计、管箱和折流挡板的设计。4、 换

3、热器的内部设计包括：它的换热管的尺寸、固定管板的厚度以及折流挡板的尺寸。 关键词：换热器 设计计算 固定管板式 食品工程原理课程设计任务书1.设计题目 年处理量为2.5万吨热水冷却换热器设计2.操作条件设备型式：列管式换热器 操作条件： （1）冷却介质：循环水入口温度：22，出口温度：40井水，入口压强0.3MPa。 （2）热 水：入口温度：80，出口温度：60 （3）允许压降：不大于105 Pa （4）每年按330天计，每天24小时运行（5）允许压强降：不大于30kPa。（6）换热器热损失：以总传热量的5%计。3.设计任务（1）选择适宜的列管式换热器并进行核算。（2）工艺设计计算包括选择适宜

4、的换热器并进行核算，主要包括物料衡算和热量衡算、热负荷及传热面积的确定、换热器主要尺寸的确定、总传热系数的校核等。（注明公式及数据来源）（3）结构设计计算选择适宜的结构方案，进行必要的结构设计计算。主要包括管程和壳程分程、换热管尺寸确定、换热管的布置、折流板的设置等。（4）绘制工艺流程图 绘制设备工艺条件图一张或设备装配示意图（2号图纸）； CAD绘制。 （5）编写设计说明书 设计说明书的撰写应符合规范与要求。1概述与设计方案的选择1.1概述 1.1.1换热器的分类换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热

5、器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。1.1.2列管式换热器的分类与特点列管式换热器是目前化工上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。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

6、管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种： 1.1.2.1 固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与

7、壳壁温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。1.1.2.2 U型管式换热器： U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。 1.1.2.3 浮头式换热器： 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一

8、块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 1.1.2.4. 填料函式换热器： 这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。1.2 设计方案的选择 1.2.1选择换热器的类型 热流体进口温度80，出口温度60；冷流体进口温度22，出口温度40。两流体平

9、均温度差（-）=39小于50，根据列管式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，故选用固定管板式换热器。1.2.2流动空间及流速的确定 1.2.2.1流动空间的确定 工艺设计计算在列管式换热器设计中，冷、热流的流程，进行合理安排，一般应考虑以下原则。 易结垢流体应走易于清洗的侧.对于固定管板式、浮头式换热器，一般应使易结垢流体流经管程，而对于l一I钾换热器，易结垢流体应走壳程。 有时在设计上需要提高流体的速度，以提高其表面传热系数，在这种情况下，应将需要提高流速的流体放在管程。这是因为管程流通截面积一般较小，且易于采用多用管程结构以提高流速。 其有腐蚀性的流体应走管程，这样可以节约耐腐蚀材料用

10、降低换热器成本。 压力高的流体应走管程。这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采用耐压的壳体和密封措施。 具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液。 粘度大的流体应走壳程，因为壳程内的流体在拆流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达揣流状态。应该说明的是，上述要求常常不能同时满足，在设计中应考虑其中的主要问题，首先满足其中较为重要的要求。由于当液体温度升高时，粘度随着减小，故有循环水走壳程，因为壳程内的流体在拆流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达揣流状态。在两流体的粘度力看，应该使热水走管程，循环冷却水走壳程，但是由于循环冷

11、却水易结垢，若其流速太低，将会加快污垢的增长速率，使换热器热流量下降，所以，从总体考虑，应该使热水走壳程，循环冷却水走管程。1.2.2.2流体流速的确定流体的流速对传热来说非常的重要，因为在滞留层的传热是一热传导为主，热传导的传热速率小于对流传热。所以如果流速太小它形成的滞留层会很厚，会大大减小传热速率，又因如果流速太小杂质会在壁面沉积也会导致传热速率的下降，提高流体在换热器中的流速，可以增大对流体传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增加，所需要传热面积减少，设备费用降低。但是流速增加，流体阻力将相应加大，使操作费用增加。所选择流速时应该综合考虑。此外，在

12、选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。下表列出工业一般采用的流体流速范围。表1-1介质循环水 新鲜水低粘度油高粘度油易结垢体 一般液体管程m/s1.0-2.00.8-1.50.8-1.80.5-1.51.00.5-3壳程m/s0.4-1.00.3-0.80.50.2-1.5 根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为=1.0m/s，管子选用的较好级冷拔碳钢管换热管（换热管标准：GB8163）。2工艺设计计算2.1 确定物性数据定性温度：壳程热水的定性温度为T=管程循环冷却水的定性温度为t=表2-1热水在70下有关物性数据 循环冷却水在31下的物性数据密度 密度 定压比热容 定压比热容 导热系数 导热系数 粘度 粘度 2.2 热负荷及传热面积的确定2.2.1热负荷 考虑到热损失为5%2.2.2平均传热温差校正及壳程数 查得温度校正系数平均传热温差：由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。2.2.3初算