王俊濤的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、分類號(hào) 單位代碼 11395 密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0706210154 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目管殼式換熱器的設(shè)計(jì)作 者王俊濤院 (系)化學(xué)與化工學(xué)院專 業(yè)化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師劉俠答辯日期2011年5月21日 榆 林 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信責(zé)任書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)

2、等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰撰寫寫過過的的研研究究成成果果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。本人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。 論論文文作作者者簽簽名名 : 年年 月月 日日 摘 要換熱設(shè)備是化工、煉油、動(dòng)力、能源、冶金、食品、機(jī)械、建筑工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型設(shè)備。一般換熱設(shè)備在化

3、工、煉油裝置中的建設(shè)費(fèi)用比例可達(dá) 20%-50%。因此，無論從能源的利用，還是從工廠的投資來看，合理地選擇和設(shè)計(jì)換熱器，都具有重要的意義。在各種換熱器中，由于管殼式換熱器具有單位體積內(nèi)能夠提供較大的傳熱面積、傳熱效果好、適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性大、易制造、成本低、易于檢修和清洗等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用最為廣泛。本次設(shè)計(jì)的目的是通過對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)初步掌握其設(shè)計(jì)的基本方法與程序。本次設(shè)計(jì)的設(shè)備是 U 型管式換熱器，它屬于管殼式換熱器的一種。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)，以熱力設(shè)計(jì)最為重要。通過本次設(shè)計(jì)知道了管殼式換熱器的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案，初

4、步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸，核算換熱器的傳熱面積和流體阻力，確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：U 型管式換熱器、工藝設(shè)計(jì)論文類型：工程設(shè)計(jì)ABSTRACTHeat transmission equipment is a typical equipment ，which is widely used in chemical industry, oil refining, power, energy, metallurgy, food, machinery and building industry . The construction cost ratio of general heat transm

5、ission equipment in the chemical industry and oil refining installations can reach 20% to 50%.Therefore, no matter from energy use, or from the factory investment perspective, a reasonable choice and design of heat exchanger have important significance. In all kinds of heat exchanger, as tubular hea

6、t exchanger can provide large heat exchanger area per unit volume, heat transfer effect is good, adaptability is strong, elasticity of operation is big, easy to manufacture, its cost is low, easy to maintenance and clean etc, so it is most widely used. The aim of this design is based on the design o

7、f equipment to master its equipment basic design method and procedure. The design of the equipment is u-shaped tubular heat exchanger. It belongs to the tubular heat exchanger. The design and analysis of Tubular heat exchanger consists of thermal design, flow design, structural design and strength d

8、esign. Thermal design is the most important. Through this design we know design content of tube exchanger mainly consists of determining design program according to heat task and relevant requirements, determining the structure and size of heat exchanger, accounting heat transfer area and fluid resi

9、stance of the heat exchanger, determining process structure of heat exchanger. Key words: U-tube Heat Exchanger, Process DesignThesis: Engineering design目錄I目錄1 緒論.12 工藝條件的選擇.22.1 管殼式換熱器類型的選擇.22.2 流體流徑管程和殼程的選擇.32.3 流體流速的選擇.32.4 加熱劑和冷卻劑的選擇.32.5 適宜出口溫度的選擇.42.6 設(shè)備材質(zhì)與規(guī)格的選擇.43 管殼式換熱器的化工計(jì)算.53.1 確定物性數(shù)據(jù).53.2

10、 估算傳熱面積.53.2.1 熱流量.53.2.2 平均傳熱溫差.53.2.3 冷卻介質(zhì)的用量.63.2.4 初算傳熱面積.63.3 工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算及其他主要附件說明.63.3.1 管徑和管內(nèi)流速.63.3.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù).73.3.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù).73.3.4 傳熱管排列和分程方法.83.3.5 管殼內(nèi)徑.83.3.6 折流板.93.3.7 接管.93.3.8 其他主要附件.104 管殼式換熱器的核算.124.1 熱量核算.124.1.1 熱量核算.124.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù).134.1.3 傳熱系數(shù) K .144.1.4 傳熱面積 S.144.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)

11、阻力.154.2.1 管程流動(dòng)阻力.154.2.2 殼程阻力.164.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果及設(shè)備圖.185 管殼式換熱器設(shè)備的設(shè)計(jì)說明書.206 總結(jié).21參考資料.22目錄致 謝.23管殼式換熱器的設(shè)計(jì)11 緒論換熱器是化工、石油、制冷、食品、動(dòng)力等其他許多工業(yè)部門中廣泛使用的熱量交換設(shè)備。它不僅可以單獨(dú)作為加熱器、冷卻器等使用，而且是一些化工單元操作的重要附屬設(shè)備，因此在化工生產(chǎn)中占重要的地位1。并伴隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展及能源價(jià)格的提高，換熱器的投資比例將進(jìn)一步加大，因此，對(duì)換熱器的研究倍受重視,從換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到傳熱機(jī)理的研究一直十分活躍,一些新型高效換熱器相

12、繼問世。換熱設(shè)備種類很多，一般根據(jù)傳熱方式的不同可分為三類：混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器。本次設(shè)計(jì)的管殼式換熱器屬于間壁式換熱器的一種，這類換熱器是目前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。因此，設(shè)計(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對(duì)降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。但無論是哪種換熱設(shè)備，高傳熱效率、低流動(dòng)阻力、合理緊湊的結(jié)構(gòu)、可靠的強(qiáng)度、低制作成本、安修方便仍然是衡量換熱器性能的基本標(biāo)準(zhǔn)2。目前，在換熱器中，應(yīng)用最多的是管殼式換熱器，它是工業(yè)過程熱量傳遞中應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。雖然管殼式換熱器在結(jié)構(gòu)緊湊性、傳熱強(qiáng)度和單位傳熱面的金屬消耗量方面無法與板式換熱器相比，但其適用的操

13、作溫度與壓力范圍較大、制造成本低、清洗方便、處理量大、工作可靠，長(zhǎng)期以來，人們已在其設(shè)計(jì)和加工方面積累了許多經(jīng)驗(yàn)，使其在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。管殼式換熱器主要由殼體、管束、管板、折流板和封頭等組成。在管殼式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度差較大時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同，管殼式換熱器可分為固定管板式、浮頭式、U 型管式、填料函式、滑動(dòng)管板式等類型。管殼式換熱器是在石油化工行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的換熱器?？v然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力不斷上升，管殼式換熱

14、器依然在換熱器市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。目前各國(guó)為提高這類換熱器性能進(jìn)行的研究主要是強(qiáng)化傳熱、研發(fā)適應(yīng)各類腐蝕性介質(zhì)的新材料以及在結(jié)構(gòu)上向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。 管殼式換熱器作為種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它雖然在換熱效率、設(shè)備的體積，金屬材料的消耗量等力而小如其他新型換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在化工、石油化工、煉油、動(dòng)力、核能和其他行業(yè)裝置中得到普遍采用，特別是在高溫、高壓和大型換熱器中的應(yīng)用占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。榆林學(xué)院畢業(yè)論文22 工藝條件的選擇2.1 管殼式換熱器類型的選擇常見的管殼式換熱器類型很多，目前在工業(yè)中廣泛使用的主要有以下四種： （1）固定管

15、板式換熱器 這類換熱器的主要特點(diǎn)是它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，而且緊湊排列，因此殼程檢修和清洗困難，所以殼程中走的必須是易清洗，不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。當(dāng)管束和殼體之間溫差較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱膨脹，導(dǎo)致管子和管板之間脫開，從而發(fā)生介質(zhì)泄露。為此常在外殼上焊膨脹節(jié)，但它僅能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力且在多程換熱器中，這種方法不能照顧到管子的相對(duì)移動(dòng)。所以這種換熱器比較適合用于溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場(chǎng)合1。（2）浮頭式換熱器 該類換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，所以殼體與管束間不會(huì)由于膨脹量而產(chǎn)生熱應(yīng)力，而且清洗容易，所以它通常適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐

16、蝕或結(jié)垢的場(chǎng)合。該類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且笨重，造價(jià)比固定管板式高 20%左右，材料消耗量大，而且浮頭的端蓋在操作在無法檢查。所以在制造和安裝時(shí)要特別注意其密封，以免發(fā)生泄漏，管束和殼體的間隙較大，在設(shè)計(jì)是要避免短路。至于殼程的壓力也受滑動(dòng)接觸面的密封限制。（3）U 型管式換熱器 該類換熱器的管束可以自由伸縮，不會(huì)因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長(zhǎng)，流速高，傳熱性能好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于檢修，但管內(nèi)清洗不便。又因其管束中間部分存在空隙，使殼程流體易于短路而影響換熱。此外，為了彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄，直管部分必須用管壁較厚的管子。所以該類換熱器僅適用于管殼壁溫相差大，或殼程介

17、質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢、高溫、高壓的場(chǎng)合。（4）填料函式換熱器 這類換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是浮頭與管殼間被填料函密封的同時(shí)，允許管束自由伸長(zhǎng)，這種結(jié)構(gòu)特別適用于介質(zhì)腐蝕性較嚴(yán)重，溫差較大且要經(jīng)常更換管束的冷卻器。因?yàn)樗懈☆^式的優(yōu)點(diǎn)，又克服了固定管板式的不足，結(jié)構(gòu)比浮頭式的簡(jiǎn)單，制作比浮頭式方便，清洗檢修比浮頭式容易，泄漏時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。但這種換熱器的填料密封性能較差，故在操作溫度壓力較高的工況及大直徑殼體下很少使用。殼程內(nèi)介質(zhì)具有易揮發(fā)、易燃、易爆及劇毒性質(zhì)時(shí)也不宜使用。本次設(shè)計(jì)兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 205，出口溫度 175；冷流體（甲醇）進(jìn)口溫度 40，出口溫度 60。該換熱器使

18、用甲醇冷卻，換熱器操作時(shí)壓力 4.0MP，考慮到這一因素，估計(jì)換熱器的操作壓力，因此初步選定 U 型管式換熱器。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)32.2 流體流徑管程和殼程的選擇在非相變流體傳熱的列管式換熱器中，流體流徑管程和殼程的選擇主要從以下幾方面考慮4：（1）不易結(jié)垢的或不潔凈的物料應(yīng)當(dāng)流經(jīng)易于清洗的一側(cè)。（2）溫度很高（或很低）的物料宜走管內(nèi)宜減少熱量（或冷量）的損失，也可減少對(duì)特種金屬的需求，降低換熱器成本；但要求被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱。（3） 有腐蝕的流體應(yīng)在管內(nèi)流過，以避免管束和殼體同時(shí)受到腐蝕。（4） 壓力高的流體流經(jīng)管內(nèi)，因?yàn)楣苤睆叫。惺芨邏耗芰?，同時(shí)避免高壓外殼和高壓密封，也

19、降低了成本9。（5）飽和蒸汽一般通入殼程，因飽和蒸汽比較清潔，傳熱系數(shù)與流速關(guān)系較小且又便排除潔凈冷凝液。（6）被冷卻物料一般走殼程便于散熱。上述原則可能相互對(duì)立，在實(shí)際的使用中要根據(jù)對(duì)實(shí)際情況的具體分析來選擇流體的流徑。例如，首先從流體的壓力，腐蝕性以及清洗等方面考慮，然后再對(duì)壓力降和傳熱系數(shù)等方面要求進(jìn)行校核，以便作出恰當(dāng)?shù)倪x擇。2.3 流體流速的選擇當(dāng)流體不發(fā)生相變時(shí)，介質(zhì)的流速高，換熱強(qiáng)度大，從而可使換熱面積減少，結(jié)構(gòu)緊湊成本較低，一般也可抑制污垢的產(chǎn)生。但流速過大也會(huì)帶來一些不利的影響。如流速過大會(huì)使通過換熱器的壓力將增大，輸送流體的動(dòng)力消耗增加。從而提高了操作費(fèi)用。因此，要選取比較

20、適宜的流速，需經(jīng)過全面分析比較才能確定。換熱器常用流速的范圍見表 2-11和表 2-21。表表 2.1 換熱器常用流速的范圍換熱器常用流速的范圍介質(zhì)流速循環(huán)水新鮮水一般液體易結(jié)垢液體低粘度油高粘度油氣體管程流速 m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530殼程流速 m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215表表 2.2 管殼式換熱器易燃、易爆液體和氣體允許的安全流速管殼式換熱器易燃、易爆液體和氣體允許的安全流速液體名稱乙醚、二氧化硫、 苯甲醇、乙醚、汽油丙酮空氣安全流速 m/s123108榆林學(xué)院畢業(yè)論文42.4 加熱劑和冷卻劑

21、的選擇可以用作加熱劑和冷卻劑的物料很多，列管式換熱器常用的加熱劑有飽和水蒸氣、煙道氣和熱水等，常用的冷卻劑有水、空氣和氨等。在選擇加熱劑和冷卻劑時(shí)主要考慮來源方便，有足夠溫差，價(jià)格低廉，使用安全等因素。本次設(shè)計(jì)是熱量的一種回收利用，加熱介質(zhì)碳酸丙烯酯，冷卻劑甲醇。2.5 適宜出口溫度的選擇換熱器的設(shè)計(jì)中，工藝流體的進(jìn)出口溫度是由工藝條件決定，加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度也是確定的，但其出口溫度由設(shè)計(jì)者選定。該溫度直接影響加熱劑或冷卻劑的耗量和換熱器的大小，所以此溫度有一個(gè)優(yōu)化問題。2.6 設(shè)備材質(zhì)與規(guī)格的選擇換熱管的材料要根據(jù)操作壓力，溫度強(qiáng)化傳熱也可采用異型管，翅片管，螺紋管等。一般換熱器常用的

22、材料有碳鋼和不銹鋼兩種。（1）碳鋼 價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。（2）不銹鋼 這類材料有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐蝕性和冷加工性能。本次設(shè)計(jì)中物料碳酸丙烯酯為產(chǎn)品，甲醇為原料，故該 U 型管式換熱器的管程與殼程均選用不銹鋼材料。換熱器的管子構(gòu)成換熱器的傳熱面，管子的大小和形狀對(duì)傳熱有較大影響8。針對(duì)管子中所流物體情況采用大或小直徑管子，若用小直徑管子時(shí)換熱器單位體積的傳熱面積大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬消耗量少，傳熱系數(shù)也稍高，但制造麻煩，且易積污，不易清洗，應(yīng)用于清潔的流體。大管子則用于粘性大或污濁的流體。常

23、用換熱管規(guī)格有 19 2mm、25 2.5mm（不銹鋼）。小的管徑可以承受更大的壓力；且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可以排列較多的管子，因此，單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。結(jié)合合設(shè)計(jì)任務(wù)與操作條件分析，我們選用 25 2.5mm（不銹鋼）作為換熱器的傳熱管。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)53 管殼式換熱器的化工計(jì)算3.1 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。甲醇的定性溫度為 5026040T丙碳流體的定性溫度為 1902205175t根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)6。甲醇在 50下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度 =791kg/m3定壓比熱容 =2.49

24、5kJ/(kg. )0pc導(dǎo)熱系數(shù) =0.212W/(m.)0粘度 =0.0006Pa.s0碳酸丙烯酯在 190下的物性數(shù)據(jù)：密度 =1206.9 kg/m3i定壓比熱容 =1904kJ/(kg.)pic導(dǎo)熱系數(shù) =0.151 W/(m.)i粘度 =0.03Pa.si3.2 估算傳熱面積3.2.1 熱流量 (3.1)KWhkJtcmQipiii4 .191689000175205904. 112069榆林學(xué)院畢業(yè)論文63.2.2 平均傳熱溫差6 (3.2) Ctttttom5 .1386017540205ln6017540205ln2121 3.2.3 冷卻介質(zhì)甲醇的用量 (3.3)hkgtc

25、Qwpii13808)4060(495. 268900003.2.4 初算傳熱面積結(jié)合殼程流體的壓力，先取較小的 K 值。首先假設(shè) K=230 W/(m2)。則估算的傳熱面積為 (3.4)m(6 .215 .1382306890002mitKQS估表表3.1 管殼式換熱器中傳熱系數(shù)管殼式換熱器中傳熱系數(shù)K值范圍推介值值范圍推介值高溫流體低溫流體傳熱系數(shù)范圍/ W/(m2)水水14002840有機(jī)質(zhì)蒸氣水230930水蒸氣水610汽油蒸氣水520煤油蒸氣水2903.3 工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算及其他主要附件說明3.3.1 管徑和管內(nèi)流速 選用 25 2.5mm(不銹鋼)作為殼程內(nèi)的傳熱管管殼式換熱器的設(shè)計(jì)7

26、3.3.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) (3.5)(224 . 002. 0785. 036009 .12061206941221根udqnvs按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 (3.6)(5 .1222025. 014. 36 .21SL0米估snd按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，換熱器管子的長(zhǎng)度與換熱器的長(zhǎng)徑比有關(guān)。相同的傳熱面積，管子越長(zhǎng)，殼體封頭的直徑和壁厚越小，結(jié)構(gòu)就越經(jīng)濟(jì)合理。但長(zhǎng)到一定程度，這種經(jīng)濟(jì)效果就不會(huì)再顯著，會(huì)因管子過長(zhǎng)給熱器的清洗、運(yùn)輸、安裝帶來麻煩。因此我國(guó)傳熱管長(zhǎng)度規(guī)格定義為1500mm、2000mm、2500mm、3000

27、mm、4500mm、6000mm、7500mm、9000mm、12000mm 等，其中 6000mm 以上的管長(zhǎng)適用于大傳熱面積的換熱器2。先取傳熱管長(zhǎng)為 m6l (3.7)265 .12lLNP傳熱管總根數(shù)（根）44222N3.3.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)2 (3.8)12. 04020540601112tTttP (3.9)5 . 140601752051221ttTTR按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表1，榆林學(xué)院畢業(yè)論文8圖 3.1 對(duì)數(shù)平均溫差校正系數(shù)得98. 0t平均傳熱溫差1365 .13898. 0mtmtt3.3.4 傳熱管排列和分程方法采

28、用組合排列法，及每程內(nèi)均按正三角形排列，三角形排列方式適用于殼程介質(zhì)清潔及不需要進(jìn)行機(jī)械清晰地場(chǎng)合。正三角形排列法在一定的管板面積上可配置較多的管子數(shù)9。隔板兩側(cè)采用正方形排列。這種排列方式最不緊湊，但便于機(jī)械清洗的換熱管中。這兩種排列方法結(jié)合其目的是便于安排隔板位置。取管心距，則01.25td1.25 2531.532()tmm橫過管束中心線的管數(shù) (3.10)(84419. 119. 1根Nnc3.3.5 管殼內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為0.7管殼式換熱器的設(shè)計(jì)9 (3.11) )mm(4 .2667 . 0443205. 105. 1NtD圓整后可取 D=325（mm）

29、表表 3.2 板管利用率的取值范圍板管利用率的取值范圍正三角形排列正方形排列二管程四管程二管程四管程=0.70.85=0.60.8=0.550.7=0.450.65表表 3.3 換熱管的管程數(shù)換熱管的管程數(shù)DN/mm325-500600-12001300-1800N2，42，4，64，63.3.6 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，故可取h=100(mm)。由于換熱器的功用不同，以及殼程介質(zhì))(25.8132525. 0mmh的流量黏度等不同，折流板間距亦不同，其系列為3：100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、

30、800mm、1000mm取折流板間距，則 則可取 B 為 100mm,則可得出0.3BD)mm(5 .973253 . 0B (3.12)（塊）折流板間距傳熱管長(zhǎng)59110060001BN在該設(shè)計(jì)中將折流板圓缺面上下方向排列，這種排列方式可造成液體的劇烈擾動(dòng)，增大傳熱膜系數(shù)，這種排列方式最為常用。3.3.7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)流速為，則接管內(nèi)直徑為s/m0 . 1u (3.13)mm(063. 00 . 114. 3)9 .12063600/(1206944uqdv取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 60mm。榆林學(xué)院畢業(yè)論文10管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)流速為。則接管內(nèi)徑為s/m0 . 1u (3

31、.14) )mm(077. 00 . 114. 3)7913600/(1380844uqdv取標(biāo)準(zhǔn)直徑為 80mm。3.3.8 其他主要附件 列管式換熱器結(jié)構(gòu)主要有殼程結(jié)構(gòu)和管程結(jié)構(gòu)，分別對(duì)它們各自的主要附件及它們?cè)谠O(shè)備中所起的作用進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。殼程結(jié)構(gòu)的主要附件：（1）旁通擋板 如果殼體與管束之間間隙過大，則流體不通過管束而通過這個(gè)間隙旁通，為了防止這種情形，往往采用旁通擋板。（2）假管 為了減少管程分程所引起的中間穿流的影響，可設(shè)置假管。（3）拉桿和定距管 為了使折流板能牢靠的保持在一定位置上，通常采用拉桿和定距管。（4） 緩沖板 它可防止進(jìn)口流體直接沖擊管束而造成管子的額侵蝕和管束振動(dòng)，

32、還可使流體沿管束均勻分布的作用。（5） 折流板 在殼程管束中，折流板用以引導(dǎo)流體橫向流過管束，增加流速，以增強(qiáng)傳熱，增大管程流體的傳熱系數(shù)；同時(shí)其支撐管束、防止管束振動(dòng)和管子彎曲的作用。管程結(jié)構(gòu)的主要附件：（1）管板 它的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程與殼程的流體分隔開來。管板與客體的連接有可拆和不可拆兩種，固定管板常采用不可拆連接。（2）封頭 當(dāng)殼體直徑較小時(shí)采用封頭。（3）管箱 殼徑較大的換熱器采用管箱結(jié)構(gòu)。管箱衛(wèi)宇換熱器的兩端，其作用是把從關(guān)東輸送來的流體均勻地分布到各換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起輸送出換熱器9。（4）分程隔板 當(dāng)需要換熱面很大時(shí)，可采多管程換熱器，對(duì)于多管程換熱器

33、。在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置分程隔板。管箱大致有三種基本類型：（1）封頭型 封頭型適用于較清潔的介質(zhì)，雖然成本較低，但很不方便。（2）筒型 可與殼體焊接或與螺栓固定，方便檢查及清洗，但用材較多。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)11（3）耐高壓管箱管箱與管板通常鍛壓而成，專門用來承受高壓，但檢修清洗不便，實(shí)際很少采用。榆林學(xué)院畢業(yè)論文124 管殼式換熱器的核算4.1 熱量核算4.1.1 熱量核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 當(dāng)圓缺形折流板（25%），且時(shí)可采用克恩公式4362 10Re1 10 (4.1)0.1410.55003000.36Reewprd特征尺寸為當(dāng)量直徑，由正三角形排列得6ed (4.2) 02024234ddtd

34、e m020. 0025. 014. 3025. 0785. 0-032. 023422殼程流通截面積 (4.3)m(0066. 0032. 0025. 0130. 01 . 0100tdBDS殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 (4.4) ) s/m(735. 00066. 0)7913600/(138080ovSqu (4.5)1938006. 0791735. 0020. 0Re000oeud普蘭特準(zhǔn)數(shù)2管殼式換熱器的設(shè)計(jì)13 (4.6)61.70212. 0006. 0249500pocpr粘度校正 0.141w).m/(101361.70193802. 0212. 036. 0023155

35、. 00CW4.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù)0.80.40.023Reiiiprd (4.7)管程流通截面積 (4.8)m(007. 024402. 0785. 024222BiiNdS管程流體流速 (4.9) s/m(397. 0007. 0)9 .12063600/(12069iviSqu (4.10)319403. 012069397. 0020. 0Reiiieiud普蘭特常數(shù) (4.11)378151. 003. 01904iipiicpr 榆林學(xué)院畢業(yè)論文14).m/(1182378319402. 0151. 0023. 024 . 08 . 0CWoi4.1.3 傳熱系數(shù) K6 (4

36、.12)OSOioiosiiioRdbdddRddK11 10131000172. 002. 045025. 00025. 002. 0025. 000034. 002. 01182025. 01).m(36902CW式中 ，傳熱管內(nèi)、外側(cè)表面上的污垢熱阻，W/(m2)；參考表 4.1 得siRsoR ，；320.344 10/(.)siRWmC320.172 10/(.)soRWmC 、傳熱管內(nèi)徑、外徑及平均直徑，m; =0.0225；id0dmdmd 傳熱管壁導(dǎo)熱系數(shù)， ，不銹鋼條件下??；245/(.)wmC 傳熱管壁厚，m.b表表 4.1 壁面污垢熱阻的數(shù)值范圍壁面污垢熱阻的數(shù)值范圍加熱

37、流體溫度/水的溫度/115 以下25 以下115 以上25 以上水的流速/(m/s)1 以下1 以上1 以下1 以上 污垢熱阻（m2/W）海水0.859810-41.719710-4自來水、井水1.719710-43.439410-4蒸餾水0.859810-40.859810-4硬水5.159010-48.598010-4河水5.159010-46.878810-44.1.4 傳熱面積 S (4.13)m(5 .135 .1383696890002mitKQS該固定管板式換熱器的實(shí)際傳熱面積為管殼式換熱器的設(shè)計(jì)15 (4.14)m(73.20446025. 014. 32BoPlNdS該換熱器

38、的面積裕度為 (4.15)5 . 15 .1373.20SSP由于面積裕度在 1.12.5 范圍內(nèi)，所以傳熱面積裕度合適，該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)4.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力4.2.1 管程流動(dòng)阻力 (4.16) 12()itspPPP FN N 式中 分別表示換熱器的殼程數(shù)與管程數(shù)；1,2spNN 表示管程壓力降結(jié)構(gòu)校正系數(shù)；1.5tF 又，212ilupd222up由雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖6得=3194 傳熱管相對(duì)粗糙度，查圖得到摩擦系數(shù)ReRe0.000807. 0圖 4.1雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖eR流速，查表 4-1 得所以smui/379. 03/9 .1206mkgi3榆林學(xué)院畢業(yè)論文16 (4.17

39、)(19972379. 09 .120602. 0607. 02221Paudlpi (4.18) )(2852397. 09 .120632222PauPi所以KPPaNNFPPPpsti10)(6846125 . 1)2851997()(21管程流體阻力在允許范圍內(nèi)7。表表 4.1 阻力系數(shù)阻力系數(shù)值值2局部阻力名稱阻力系數(shù)值局部阻力名稱阻力系數(shù)值管程入口1.0管程入口2.5殼程入口1.5殼程入口3.04.2.2 殼程阻力 (4.19) 012()tsPPP FN 式中；1,1stNF又，2010(1)2cBuPFf n N222(3.5)2BBuPND式中 F=0.5，表示管子排列方法對(duì)

40、壓力降得校正系數(shù)；，表示殼程流體的摩擦系數(shù)；0.22800.5 Re0.7752f，表示橫過管束中心線的管子數(shù)；8cn,表示折流板間距；mmB100；30/791mkg59BN按殼體流通截面積計(jì)算得流速；0u00()Sh Dncd所以管殼式換熱器的設(shè)計(jì)17 )(45632735. 0791) 159(8089. 05 . 02) 1(221PauNnFfPOBco)(357162735. 0791)325. 01 . 025 . 3(592)25 . 3(222PauDBNPOB)(38759)357164563()(210PaNFPPPst由結(jié)果可知?dú)んw流動(dòng)阻力也適合表表 4.24.2 換熱器的合理壓降換熱器的合理壓降換熱器操作壓力負(fù)壓低壓中壓較高壓操作壓力 P/Mpa0.170.10.170.171.11.13.13.18.1合理壓降/MpaPP/10P/50.0350.030.180.070.25榆林學(xué)院畢業(yè)論文184.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果及設(shè)備圖表表 4.34.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器類型：U 型管式換熱器換熱面積（m2）:20.73工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱丙碳甲醇操作壓力 MPa0.40.3流量，kg/h68900013808流體密度,kg/m31206.9791流速,m/s0.3970.735傳熱量,kW