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1、列管式换热器的设计一、设计任务拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下20的苯加热到80，苯的质量流量为40吨小时，试设计一列管式换热器。（已知仓库中现有25，长6m的碳钢钢管）二、设计步骤（一）、确定苯（下标2表示）的定性温度，苯及水蒸汽的物性数据1、苯的定性温度和物性数据进口温度,t120,，,出口温度,t280定性温度,物性数据,879,kg/m3,（20的数值，基础化工P335）,CP21.813,kJ/kgK210-4,NS/m22=10-4,kW/mK2、水蒸汽（下标1表示）的物性数据定性温度蒸汽压力200Kpa下的沸点为Ts物性数据1.1273,kg/m32206.4,kJ/kg同温
2、度下的水的物性943.1,kg/m30.6856,W/m10-5,PaS(二)、换热器的类型及流体走向根据已知条件，拟采用固定板式换热器。、此类换热器结构简单紧凑，造价低廉。、饱和水蒸气的值与流速关系较小，而且水蒸汽较清洁走壳程，有利于排出冷凝液，故水蒸汽走壳层，苯走管程。、水蒸汽走壳层，同时流体压力不大，壳壁、管壁温差较小（水蒸汽的值很大使壳管温度比较接近），不需要进行热补偿，故选用卧式固定板式换热器，因水蒸汽给热系数较大，不需要加折流挡板。（三）、工艺计算、热负荷即传热速率Q（单位时间内传递的热量）,kW2、平均温度差由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把两流体的平均温度差看作是逆流来计算3、
3、初选K值，并估算传热面积A初根据条件K值的选择范围在5801160,W/m2故K初630,W/m2,m2选用安全系数A初A29.4933.91,m2（四）、换热器尺寸的初步确定1、确定管程结构尺寸（1）管子规格库存25，L的光滑碳钢钢管取管内苯的流速为u2=0.55,m/s,苯系易燃易爆物，一般流速低于1,m/s（2）初步设计总管数,圆整为144根n”=169根三角排列管数，3a2+3a+1，此处a7；（3）校核流速、确定管程,m/s管程,，取2管程（4）管间距及排列方式管间距t（1.251.3）d000.025采用紧凑的三角型排列，,层数a7，弓形不排管，共169根管子（NT169）最外层六
4、角形对角线上管数,NTb2a+115根,采用胀管法排列（因流体压力不变，胀管法制造方便）2、壳程设计数据壳体内径,Dt（NTb1）+,2,bt,管间距NTb,最外层六角形对角线上管数b,六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取b（11.5）d0此处取b00.025故,Dt（NTb1）+,2,b（151）20.0325壳体内径标准圆整到60010mm，内径D580mm中心拉杆n38根,直径12mm,基础化学工程双管程隔板少排NTb15根，共少排15823根管子实际管数nNTNTbn316923146根，每程73根排列管实际流速,m/s与初假设苯的流速u2=/s相近，可行。3、换热器长径比,符合要
5、求（）（五）、校核计算1、校核总传热系数K值（1）管内对流传热系数2,W/m2（2）管外对流传热系数1式中：n为水平管束垂直列上的管数，n7；假设管外壁温TW，则3,W/m2（3）污垢热阻及管壁热阻苯侧污垢热阻RS210-4,m2/,W水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，因为属于蒸汽冷凝方式，污垢热阻相对比较小碳钢钢管的导热系数45,W/m2（4）校核K值以外表面计算：0.00162,m2/,W,K=616.5,W/m2与原假设值K初630,W/m2接近(5%)，可行。2、校核壁温TW,与与原假设值TW接近，可行。3、校核传热面积A由于水蒸汽侧的冷凝温度Ts不变，因此本一壳程双管程换热器内的两流体平
6、均温度差与逆流传热的平均温度差相等。tm实际所需面积2实际提供面积34.383,m2余度,20%,符合要求（六）、进出口管径1、 苯进出口取进口流速u01m/s进口直径=/s选用无缝热轧钢管（YB231-64）1324mm，长200mm。2、水蒸汽进口管径（壳体）蒸汽用量,（富裕量3）,0.564,kg/s蒸汽体积流量VG0.9030.510,m3/s取蒸汽流速u20,m/s180mm选用无缝热轧钢管（YB231-64）1946mm，长200mm。3、冷凝水排出口选用水煤气管,即，长100mm。（七）、校核流体压力降1、管程总压力降每程直管压力降,每程局部阻力引起的压降,d,管内径;,l,管长
7、,壳程数，1；,一壳程的管程数，2；取，查图（化工原理上册P43图128）可知（801.76400.88）122,36104Pa故符合要求2、 壳程压力降壳程是饱和水蒸汽冷凝，不必校核其压力降。（八）、换热器尺寸及附属部件1、 管间距：,t2、 壳体直径：60010mm，内径D580mm3、 壳体材料：采用碳素钢材料A3F，钢板卷焊4、 管子尺寸：25，L，n146根，双管程5、 布管图,见图纸22。6、 管板：（1）管板材料：选用碳素钢A4。（2）管子在管板上的固定方法：焊接（3）管板尺寸：,Pg16kgf/cm2,（4）管板与分程隔板的连接:,采用单层隔板，隔板材料与封头材料一致，厚度s1
8、0mm。（5）管板与壳体的连接：采用法兰连接，拆开顶板可检修或清理管内污垢，法兰尺寸见图463及表427。7、 封头与管箱封头与管箱位于壳体的两端。（1）封头的选择：选用椭圆形封头，Dg60010mm,GB115473（2）封头尺寸：曲面高度150mm，直边高度40mm。,管程接口管与封头为焊接，封头与壳体为法兰连接，法兰尺寸与上同。8、 管程进出口接管直径,选用无缝热轧钢管（YB231-64）132,长200mm。9、 支座支座的公称直径Dg600mm，每个支座承受的载荷为36.8吨，材料采用A3F碳素钢；采用鞍形安装。,10、整个换热器采用卧式安装，安装图见图纸21。三、参考资料1、化工原理上册,化学工业出版社，谭天恩主编，1990年。2、基础化学工程,上海科学技术出版社，编写组，1980年。四、对一些问题的说明1、 列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单、坚固、容易制造、材料范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。2、 由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对流传热系数大得多，根据壁温总是趋近于对流传热系数较大的一侧流体的温度实际情况，壁温与流体温度相差无几，因此本次设计不采用热补偿装置。