河南科技學(xué)院化工原理列管式燃油加熱器設(shè)計(jì)

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)食品工程原理課程設(shè)計(jì)列管式燃油加熱器的設(shè)計(jì)列管式燃油加熱器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 陳春剛陳春剛 學(xué)學(xué) 院：院： 食食 品品 學(xué)學(xué) 院院 班班 級(jí)：級(jí)： 食品工程食品工程2012級(jí)級(jí) 班班 時(shí)時(shí) 間：間： 2014年年6月月 食品學(xué)院：食品科學(xué)與工程 專業(yè) 班 學(xué)生姓名： 設(shè)計(jì)題目： 列管式石油加熱器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年6 月3 日 2014 年 6月 6日 指導(dǎo)老師：陳春剛 設(shè)計(jì)任務(wù)： 某煉油廠用柴油將原油預(yù)熱。柴油和原油的有關(guān)參數(shù)如下表， 兩側(cè)的污垢熱阻均可取1.7210-4m2K/W，換熱器熱損失忽略不計(jì)，管程的絕對(duì)粗糙度=0.1mm，

2、要求兩側(cè)的阻力損失均不超過(guò)0.3105Pa。試設(shè)計(jì)一臺(tái)適當(dāng)?shù)牧泄苁綋Q熱器。(y:學(xué)號(hào)后學(xué)號(hào)后2位數(shù)字位數(shù)字) 物料 溫 度 質(zhì)量流量 kg/h 比 熱 kJ/(kg) 密 度 kg/m3 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m) 粘度 PSs 工作壓力入口 出口 柴油 175 T2 34000+100*10 2.48 715 0.133 0.6410-3 常壓原油 70 110 44000+150*10 2.20 815 0.128 3.010-3 常壓 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容： （1）目錄； （2）設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書(shū))； (3) 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明 (4) 換熱面積的估算 (5) 管子尺寸及數(shù)目計(jì)算

3、(6) 管子在管板上的排列 (7) 殼體內(nèi)徑的確定 (8) 換熱器校核（包括換熱面積、壓力降等） (9) 設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表 (10) 參考文獻(xiàn) 概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 1、換熱器的類型、換熱器的類型 列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關(guān)內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。 其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高

4、殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。 列管式換熱器中，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。若兩流體溫差較大（50以上）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。 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。 按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體

5、熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。 間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開(kāi)，互不接觸，熱量從熱流體穿過(guò)壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場(chǎng)合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛，形式繁多。將在后面做重點(diǎn)介紹。 直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場(chǎng)合。常見(jiàn)的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。 蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體

6、傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí)，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達(dá)到換熱的目的。此類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點(diǎn)是設(shè)備的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。 工業(yè)上最常見(jiàn)的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，間壁式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。 緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。 管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在許多工業(yè)部門被大量采用。列管式換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，

7、能承受高溫高壓，換熱表面清 洗方便，制造工藝成熟，選材范圍廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)及處理能力大等。這使得它在各種換熱設(shè)備的競(jìng)相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來(lái)。 使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內(nèi)。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見(jiàn)的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類型。 2、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 （1） 換熱器類型的選擇換熱器類型的選擇 根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種常見(jiàn)的列管式換熱器。 1） 固定管板式換熱器固定管板式換熱器 這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的

8、兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè)清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)，用使用管子于管板的接口脫開(kāi)，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 2）U型管換熱器型管換熱器 U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板

9、的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外，其造價(jià)比管定管板式高10%左右。 3） 浮頭式換熱器浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。 4）填料函式換熱器）填料函式換熱器 填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點(diǎn)是管板只

10、有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。 5）換熱器類型的選擇）換熱器類型的選擇 由于原油溫度低于柴油，為減少熱損失和充分利用柴油的熱量，選擇原油走殼程，柴油走管程。 二、工藝計(jì)算二、工藝計(jì)算 1、計(jì)算熱負(fù)荷、計(jì)算熱負(fù)荷(不考慮熱損失不考慮熱損失) 由于設(shè)計(jì)條件所給為無(wú)相變過(guò)程。由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可知熱負(fù)荷為

11、Q = w原油Cp原油(t2-t1) = (45000/3600)2.201000(110-70)= 1100000W. 由熱量守恒可計(jì)算柴油出口溫度T2 Q = w柴油Cp柴油(T1-T2) = (35500/3600)2.481000(175-T2)= 1100000W T2=130.02 2、計(jì)算平均溫度差：、計(jì)算平均溫度差： t1=175-110=65 t2=130.02-70=60.02 逆流溫度差5.6202.6065ln02.6065lnt2121逆mtttt 3、確定流體走向、確定流體走向 由于原油溫度低于柴油，為減少熱損失和充分利用柴油的熱量，選擇原油走殼程，柴油走管程。 4

12、、換熱面積估算、換熱面積估算 由食品工程原理課程設(shè)計(jì)的表4-6，取K估=200W/(m2). 先假設(shè)換熱器為單管程、單殼程的，且冷熱流體逆流接觸。則 S估=Q/(K估tm逆)= 1100000/(20062.5)=88m2. 預(yù)先估算傳熱面積為88 m2。 5、選柴油的流速為、選柴油的流速為u1=1m/s 取換熱管的規(guī)格為252.5mm碳素鋼管(8.3kg/6m)。估算單管程的管子根數(shù)43根30.431 )02.0(3.147153600450003u d436002121柴油柴油wn 根據(jù)傳熱面積S估計(jì)算管子的長(zhǎng)度L，有mAL2607.2643025.014.388n d0估 式中：d1-換

13、熱管的內(nèi)徑，為0.02m d0-換熱管的外徑，為0.025m 6、管程數(shù)、管程數(shù)Nt的確定的確定 由于L數(shù)值太大，換熱器不可使用單管程的形式，必須用多管程。我們選擇管程的長(zhǎng)度為6m，則Nt=L/6=26/6=4.34.(管程數(shù)通常選擇偶數(shù)) 7、校正溫度差、校正溫度差 R=(T1-T2)/(t2-t1)=(175-130.02)/(110-70)=1.125 P=(t2-t1)/(T1-t1)=(110-70)/(175-70)=0.381 根據(jù)R，P的值，查食品工程原理教材中圖4-25(S)，得溫度校正系數(shù) =0.91 0.8，說(shuō)明換熱器采用單殼程，四管程的結(jié)構(gòu)是合適的。 tm=tm逆=0.

14、91*62.5=56.88。 8、求實(shí)際換熱面積、求實(shí)際換熱面積S實(shí)際實(shí)際 換熱管數(shù)為n Nt=434=172根。 S實(shí)際=L(d0) n=6(3.140.025)172=81.01m2. 實(shí)際換熱面積為81.01m2. 9、選擇換熱器殼體尺寸、選擇換熱器殼體尺寸 選擇換熱管為三角形排列，換熱管的中心中心距距為t=32mm。 橫過(guò)管束中心線的管數(shù)中心線的管數(shù)：154.141721.11.1nnc 最外層換熱管中心線距殼體內(nèi)壁距離中心線距殼體內(nèi)壁距離：b=(11.5)d0 ，此處b取一倍d0，即b=0.025m 殼體內(nèi)徑殼體內(nèi)徑：mbntDc498.0025.0214032.02)1( 圓整后，

15、換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=500mm，殼體，殼體厚度選擇厚度選擇8mm。長(zhǎng)度定為5996mm。 殼體的標(biāo)記：筒體 DN500 =8 L=5910。 筒體材料選擇為Q235-S，單位長(zhǎng)度的筒體重110kg/m，殼體總重為110*(5.910-0.156)= 632.94kg。 10、確定折流擋板形狀和尺寸、確定折流擋板形狀和尺寸 選擇折流擋板為有弓形缺口的圓形板，直徑為540mm，厚度為6mm。缺口弓形高度為圓形板直徑的約1/4，本設(shè)計(jì)圓整圓整為120mm。折流擋板上換熱管孔 直徑為25.6mm，共有172-22（弓形圓缺處的應(yīng)有管孔數(shù)，實(shí)則沒(méi)有）=150個(gè)；拉桿管孔直徑為16.6mm，每個(gè)折流擋

16、板上有4個(gè)。折流擋板上的總開(kāi)孔面積=150*514.7185+4*216.4243=78073.472mm2。折流擋板的實(shí)際面積=191126.3264-78073.472 = 113052.85 mm2，重量為5.1kg。選擇折流擋板間距h=400mm。折流擋板數(shù)NB =L/h-1=6000/400-1=14塊。 11、傳熱系數(shù)、傳熱系數(shù)K的計(jì)算的計(jì)算 1管程對(duì)流傳熱系數(shù)i 換熱管內(nèi)柴油流速：.00m/s1437150.023.143600350004nd43600/2柴油21柴油1wu 雷諾數(shù)普蘭德數(shù)柴油的黏度小于常溫水黏度的兩倍，是低黏度液體，且是被冷卻，所以223441064.0715

17、00.102.0Re31柴油111ud93.11133.01064.01048.2Pr331111pc 2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)o 殼程流通截面積：w/(m2)2.970)93.11()22344(02.0133.0023.0PrRe023.03.08.03.08.011dim20437.0)32251(500.0400.0)1(tdhDSo 殼程流速： 換熱管為三角形排列，殼程的當(dāng)量直徑為0.355m/s0.043781545500/3600S3600/柴油原油2wumddtde0202.00785.0/10)91.487.8(4025.014.3)025.0414.3032.023(4)423(

18、 44222222 雷諾數(shù) 普蘭德數(shù)1943100.3815354.00202.0Re32柴油22ude56.51128.0100.31020.2Pr332222pc 原油被加熱，所以 3.污垢熱阻 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，兩側(cè)的污垢熱阻Rso=Rsi=1.7210-4m2/W。w/(m2)05.172.337.6428.205.1)56.51()1943(0202.0128.036.0PrRe36.0333.055.0333.055.02eod 4總傳熱系數(shù)Ko 取管壁w = 45w/(m)ioiosimmsooddddRdbdRK10211 取管壁w = 45w/(m) S需要=Q/(Kotm)=

19、1100000/(287.256.88)=67.34m2. m2)287.2w/(=001288.01015.21017.61072.1001745.01020.02.970025.0020.0025.01072.10225.045025.00025.01072.12.5731145444oK 面積裕量： 符合換熱器設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。15%20.3%10067.3467.3481.01%100AA需要需要實(shí)際A 12、壓強(qiáng)降的計(jì)算、壓強(qiáng)降的計(jì)算 （1）管程壓強(qiáng)降）管程壓強(qiáng)降 已知管程直管的絕對(duì)粗糙度=0.1mm，則/d1=0.1/20=0.005，雷諾準(zhǔn)數(shù) 查摩擦系數(shù)圖1-28，得到=0.035

20、，所以，每程直管的壓降：22344Re1柴油111ud3753.75PS217150.02060.0352up221柴油11dL 柴油在每管程中局部阻力導(dǎo)致的壓強(qiáng)降按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下： 一般地，流體流經(jīng)換熱器進(jìn)出口導(dǎo)致的壓強(qiáng)降可以忽略。 對(duì)于252.5的換熱管，結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.4；因?yàn)槭菃螝こ獭⑺墓艹痰膿Q熱器，所以Ns=1，Np=4；PS5.10722171532u3p221柴油2 對(duì)于252.5的換熱管，結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.4；因?yàn)槭菃螝こ?、四管程的換熱器，所以Ns=1，Np=4；符合任務(wù)書(shū)的要求。30000PSPS27027144.1)5.107275.3753()pp(21sPt

21、iNNFp （2）殼程壓強(qiáng)降）殼程壓強(qiáng)降 1）流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降：）流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降： 管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)F=0.5(正三角形排列)； 殼程流體的摩擦系數(shù)fo，當(dāng)Re2500時(shí)，fo=5.0Re2-0.228=5.01943-0.228=0.89； 橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)nc=15； 折流板數(shù)NB=14； 殼程流速u2=0.355m/s； 原油=815kg/m3 壓強(qiáng)降5141PS=2355.0815)114(1589.05.02u)1(p222原油1BcoNnFf 2）流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降）流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降 折流板間距h=400mm=0.400m； 殼體內(nèi)徑

22、D=500mm=0.500m1470PS=2355.0815)500.0400.025.3(142u)25.3(p222原油2DhNB 一般地，流體流經(jīng)換熱器進(jìn)出口導(dǎo)致的壓強(qiáng)降可以忽略。 殼程總壓降： 對(duì)于液體殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正系數(shù)Fs=1.15； 殼程數(shù)Ns=1 符合任務(wù)書(shū)的要求。30000Pa.6層時(shí)，層時(shí)，在這些弓形部分也應(yīng)該排列管子，最外層管子的中心應(yīng)在這些弓形部分也應(yīng)該排列管子，最外層管子的中心應(yīng)不超出最大六邊形的外接圓周。不超出最大六邊形的外接圓周。流流體體流流動(dòng)動(dòng)方方向向正三角形正三角形同心圓管間距既為兩層圓周之間的距離，也為圓周上管子的間距，管間距既為兩層圓周之間的距離，也為

23、圓周上管子的間距，在圓周上布置管子只取整數(shù)。這種排列的優(yōu)點(diǎn)時(shí)比較緊湊，在圓周上布置管子只取整數(shù)。這種排列的優(yōu)點(diǎn)時(shí)比較緊湊，且靠近殼體處布管均勻，在小直徑熱交換器中，這種方式且靠近殼體處布管均勻，在小直徑熱交換器中，這種方式的布管數(shù)比等邊三角形要多。當(dāng)層數(shù)大于的布管數(shù)比等邊三角形要多。當(dāng)層數(shù)大于6 6層時(shí)，由于六邊層時(shí)，由于六邊形的弓形部分可排管子，故等邊三角形排列顯得有利，且層形的弓形部分可排管子，故等邊三角形排列顯得有利，且層數(shù)越多越為有利。數(shù)越多越為有利。正方形在管板面積上可排列的管數(shù)最少，但是它易于清掃，在管板面積上可排列的管數(shù)最少，但是它易于清掃，在易于生成污垢、需將管束抽出清洗的場(chǎng)合

24、得到一定在易于生成污垢、需將管束抽出清洗的場(chǎng)合得到一定的應(yīng)用。的應(yīng)用。流流體體流流動(dòng)動(dòng)方方向向正方形正方形組合排列方式如在多管程熱交換器中，每程都采用等邊三角形排列，而在各程相鄰管排間，為便于安裝隔板則采用正方形排列。轉(zhuǎn)角等邊三角形排列法流體的流動(dòng)方向與三角形的一條邊平行的排列方法 。特點(diǎn)：易清洗，但傳熱效果不如正三角形特點(diǎn)：易清洗，但傳熱效果不如正三角形流流體體流流動(dòng)動(dòng)方方向向轉(zhuǎn)角正三角形轉(zhuǎn)角正三角形轉(zhuǎn)角正方形排列法：流體的流動(dòng)方向與正方形的一條對(duì)角線垂直的排列方法特點(diǎn)特點(diǎn)：管外清洗方便管外清洗方便/但排管比三角形少但排管比三角形少流流體體流流動(dòng)動(dòng)方方向向轉(zhuǎn)角正方形轉(zhuǎn)角正方形（6）管間距定義

25、管板上兩根管子中心線的距離。決定因素：管板強(qiáng)度清洗管子外表所需要的間距管子在管板上的固定方法無(wú)論哪種排列都必須在管束周圍的弓形空間盡可能無(wú)論哪種排列都必須在管束周圍的弓形空間盡可能多布管多布管傳熱面積傳熱面積，且可防殼程流體短路，且可防殼程流體短路布管原則：影響因素有影響因素有: : 結(jié)構(gòu)緊湊性結(jié)構(gòu)緊湊性 / / 傳熱效果傳熱效果 / / 清洗難易清洗難易取值取值: : t1.25dt1.25d0 0 ( (保證管橋強(qiáng)度和清洗通道保證管橋強(qiáng)度和清洗通道) )確定方法手冊(cè)查表來(lái)確定（教材P46表2.3）換熱管外徑換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心換熱管中心距距1619253

26、240485772（7）布管限定圓 DL熱交換器管束外緣直徑受圓筒直徑的限制，在設(shè)計(jì)時(shí)要將熱交換器管束外緣直徑受圓筒直徑的限制，在設(shè)計(jì)時(shí)要將管束外緣置于布管限定圓之內(nèi)，布管限定圓直徑的大小按管束外緣置于布管限定圓之內(nèi)，布管限定圓直徑的大小按照熱交換器的結(jié)構(gòu)型式取值。照熱交換器的結(jié)構(gòu)型式取值。浮頭式換熱器浮頭式換熱器bbb2DD21iL圖7-4 浮頭式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器l對(duì)于固定管板式、U形管式熱交換器 32DbDiL二、管板作用:排布換熱管；排布換熱管；b. b. 分隔管程和殼程流體分隔管程和殼程流體避免冷、熱流體混合避免冷、熱流體混合C. C. 承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用

27、承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用材料材料: :一般一般: : 碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造流體腐蝕性較強(qiáng)流體腐蝕性較強(qiáng)不銹鋼、銅、鋁、鈦不銹鋼、銅、鋁、鈦復(fù)合板復(fù)合板堆焊襯里堆焊襯里結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度。滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度。平管板平管板: : 可用鋼板、鍛件制成可用鋼板、鍛件制成復(fù)合板復(fù)合板堆焊復(fù)合板堆焊復(fù)合板軋制復(fù)合板軋制復(fù)合板爆炸復(fù)合板爆炸復(fù)合板薄管板薄管板: : 一般一般8 820mm20mm，比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)（a）（b）（c）（d）橢圓形管板橢圓形管板: :以橢圓形封

28、頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。受力情況比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降受力情況比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低熱應(yīng)力；低熱應(yīng)力；適用于高壓、大直徑的換熱器。適用于高壓、大直徑的換熱器。橢圓形管板橢圓形管板用于嚴(yán)格禁止管程用于嚴(yán)格禁止管程與殼程介質(zhì)互相混與殼程介質(zhì)互相混合的場(chǎng)合。合的場(chǎng)合。方法：方法： 從短節(jié)排出從短節(jié)排出 短節(jié)圓筒充入高于短節(jié)圓筒充入高于 管程、殼程壓力的管程、殼程壓力的 惰性介質(zhì)惰性介質(zhì)雙管板結(jié)構(gòu)雙管板結(jié)構(gòu)1 1空隙空隙 2 2殼程管板殼程管板 3 3短節(jié)短節(jié) 4 4管程管板管程管板1234雙管板雙管板: :管

29、板與殼體的連接固定管板式換熱器不可拆連接浮頭式U形管式換熱器可拆連接方式不可拆連接結(jié)構(gòu)將管板直接焊接在殼體上，根據(jù)管板是否兼作法蘭其結(jié)構(gòu)不同，將管板直接焊接在殼體上，根據(jù)管板是否兼作法蘭其結(jié)構(gòu)不同，多數(shù)情況下采用管板兼作法蘭的結(jié)構(gòu)。多數(shù)情況下采用管板兼作法蘭的結(jié)構(gòu)。作用作用流體送入換熱管和送出換熱器；流體送入換熱管和送出換熱器； 在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素清洗？管束分程？清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) ( d )圖圖6- 1

30、7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) ( d )圖圖6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) ( d )圖圖6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) ( d )圖圖 6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式三、管箱三、管箱管箱 管箱是由封頭、管箱短節(jié)、法蘭連接、分程隔板等組成。增加短節(jié)的目的是保證管箱有必要的深度安放接管和改善流體分布。分程隔板厚度的計(jì)算及其與管板間的墊片密封結(jié)構(gòu)應(yīng)符合GB151

31、-1999的規(guī)定。特點(diǎn)特點(diǎn)清洗時(shí)要拆除管線；清洗時(shí)要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。介質(zhì)。 隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋 ( a ) （b ） ( c ) ( d ) 圖圖6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式 (a)清洗時(shí)不要拆除管線；清洗時(shí)不要拆除管線；缺點(diǎn)是用材較多缺點(diǎn)是用材較多。特點(diǎn)特點(diǎn)隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) ( d )圖圖6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式(b)特點(diǎn)特點(diǎn)檢查、清洗不方便檢查、清洗不方便, ,很少使用很少使用隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) (

32、 d )圖圖6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式(1)(2)(c)特點(diǎn)特點(diǎn)設(shè)置多層隔板的設(shè)置多層隔板的管箱結(jié)構(gòu)管箱結(jié)構(gòu)隔 板( a )( b )隔 板箱 蓋( a ) （b ） ( c ) ( d )圖圖 6 - 1 7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式(d)二、換熱器工藝設(shè)計(jì) 1、需要考慮的問(wèn)題 2、 計(jì)算步驟 1） 總傳熱面積的計(jì)算及規(guī)格確定 2） 校核K 3）校核壓強(qiáng)降 1、需要考慮的問(wèn)題 流經(jīng)的選擇 水的溫度 管程的確定 殼程的確定 管束中心的確定 圓缺擋板的選擇 確定 原則：原則： 不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管程不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管程 腐蝕性流體宜在管程腐蝕性流體宜在管程 壓強(qiáng)高的流

33、體宜在管內(nèi)壓強(qiáng)高的流體宜在管內(nèi) 飽和蒸汽宜走殼程飽和蒸汽宜走殼程 被冷卻的流體宜走殼程被冷卻的流體宜走殼程 若兩流體溫差較大，對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱若兩流體溫差較大，對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱 器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程 流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜流經(jīng)的選擇流經(jīng)的選擇 流體種類流體種類 流速流速管程管程殼程殼程一般流體一般流體0.530.21.5易結(jié)垢流體易結(jié)垢流體 10.5氣體氣體530315列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍液體粘度液體粘度最大流速最大流速 1500 0.6 1500500 0.75

34、500100 1.1 10035 1.5 351 1.8 0.8所以為單殼程、多管程tm=Xtm逆=578、實(shí)際面積和K值的計(jì)算換熱管數(shù)=nXNt=172根S實(shí)際=172X3.14X0.025(6-0.1)=19.66m2K實(shí)=242.59、選殼體尺寸選三角排列中心距t=32mm管殼內(nèi)徑D=t(nc-1)+2bD=0.498m圓整后，內(nèi)徑為520mm,厚度8mm,長(zhǎng)5996毫米10、定擋板的形狀和尺寸選為有弓形缺口的圓形板直徑500，厚6毫米，假設(shè)h=400mm,擋板數(shù)為6000/400-1=14塊傳熱系數(shù)K的計(jì)算1管程對(duì)流傳熱系數(shù)i 換熱管內(nèi)柴油流速：=1.00m/s雷諾數(shù)：普蘭德數(shù)：所以，

35、Re=22321,Pri=11.93ai=969.8w/(m2.c)柴油柴油nd43600/211wu1111Re柴油ud1111Prpc3.08.011PrRe023.0di2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)o殼程流通截面積：殼程流速：=0.337m/s雷諾數(shù)：普蘭德數(shù)：所以，Re=1849,pr=51.56原油被加熱，所以a0=551w/(m2/0C)1 (tdhDSoS3600/2原油原油wu2222)423(4ddtde222Re柴油ude2222Prpc333.055.02PrRe36.0eod3.污垢熱阻根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，兩側(cè)的污垢熱阻Rso=Rsi=1.7210-4m2/W。 取管壁w = 45w

36、/(m)所以，K0=290K實(shí)/K0=290/242.5=1.20在1.15和1.25之間符合換熱器設(shè)計(jì)規(guī)范的要求ioiosimmsooddddRdbdRK10211壓強(qiáng)降的計(jì)算1，管程壓強(qiáng)降已知管程直管的絕對(duì)粗糙度=0.1mm，則/d1=0.1/20=0.005，查摩擦系數(shù)圖得到=0.035，所以，每程直管的壓降：柴油在每管程中局部阻力按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P1=3746Pa一般地，流體流經(jīng)換熱器進(jìn)出口的壓強(qiáng)降。p2=1070pa 2up2111柴油dL2u3p212柴油sPtiNNFp)pp(21 對(duì)于252.5的換熱管，結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.4；因?yàn)槭菃螝こ?、四管程，所以Ns=1，Np=4；

37、=26936pa30000pa符合任務(wù)書(shū)的要求。2殼程壓強(qiáng)降殼程壓強(qiáng)降1）流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降：管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)F=0.5(正三角形排列)；殼程流體的摩擦系數(shù)fo，當(dāng)Re2500時(shí)fo=5.0Re2-0.2282）流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降：殼程總壓降：Fs=1.15即， =（4478+1361）X1.15=6715Pa30000pa.符合任務(wù)書(shū)的要求。2u) 1(p221原油BcoNnFf2u)25 . 3(p222原油DhNBssoNFp)pp(21設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表殼徑殼徑D,MM520換熱面積換熱面積S,m279.66管程數(shù)管程數(shù)Nt4管長(zhǎng)管長(zhǎng)L，m6管徑，管徑，mm25x2.5管子排列管子排列正三角形正三角形管中心距管中心距t,mm32管數(shù)管數(shù)n172殼程數(shù)殼程數(shù)1折流板直徑，折流板直徑，mm 500折流板高度折流板高度,mm120折流厚度，折流厚度，mm6 計(jì)算換熱器的面積并確定規(guī)格 計(jì)算熱負(fù)荷Q 計(jì)算平均溫度差 初選換熱器的規(guī)格 核算壓強(qiáng)降 核算