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1、化工原理课程设计第1页，本讲稿共28页列管换热器工艺设计列管换热器工艺设计第2页，本讲稿共28页（一）概述（一）概述一、换热器作用一、换热器作用加热（冷却）器、蒸发器、再沸器、冷凝器等。二、换热器类型二、换热器类型1、板式板式（设备紧凑250-1500m2/m3、材耗低15kg/m3、传热系数大、热损失小。承压能力较低、工作介质的处理量小、制造加工较复杂、成本较高）第3页，本讲稿共28页2、管式、管式（结构简单、制造加工较容易、结构坚固、性能可靠、适应面广。在传热性能和设备的紧凑性上不及板式换热器）在化工厂占投资比例约为在化工厂占投资比例约为11 在炼油厂占投资比例高达在炼油厂占投资比例高达4
2、0第4页，本讲稿共28页三、管式换热器设计简介三、管式换热器设计简介 列管式换热器设计、制造、检验和验收必须遵循中华人民共和国国家标准“钢制管壳式（即立管式）换热器”（GB151）执行。按该标准规定：按该标准规定：换热器的公称直径DN换热器的传热面积A换热器的公称长度LN 换热器的主要部件分为前端管箱、壳体、后端结构（包括管束）三部分。第5页，本讲稿共28页列管式换热器型号的表示方法：列管式换热器型号的表示方法：DNPt/PsALN/dNt/Ns (或或)例：例：AES5001.6546/254 I第一个字母代表前端管箱型式第二个字母代表壳体型式第三个字母代表后端结构型式公称直径mm管/壳程设
3、计压力（MPa），压力相等时只写Pt公称换热面积，m2LN公称长度，m；d换热管外径，mm管/壳程数，单程时只写Nt级换热器(或级换热器)第6页，本讲稿共28页列管换热器的工艺设计主要包括以下内容：列管换热器的工艺设计主要包括以下内容：根据生产任务和有关要求确定设计方案；根据计算初步确定换热器结构和尺寸；核算换热器的传热能力和流体阻力；确定换热器的工艺结构。第7页，本讲稿共28页（二）无相变列管换热器的工艺设计（冷却器）（二）无相变列管换热器的工艺设计（冷却器）一、明确设计任务，确定设计方案一、明确设计任务，确定设计方案1、明确设计任务（工艺任务、设计规范要求）2、选择换热器类型列管换热器类型
4、（见下页）3、确定流程（根据流体结垢性、腐蚀性、有无相变、粘度、压力、流速等）第8页，本讲稿共28页固固定定管管板板式式：制造方便、紧凑、造价低。管外侧不能清洗，温差大时应力大。适用于浮浮头头式式：管束可以从壳体中抽出，便于管间清洗，还会产生应力。但结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。适用于.U型型管管式式：比浮头式结构简单造价低，但管板上排列管子少，各排管子回弯处曲率不同，长度不同，故壳程流体分布不够均匀，影响传热。适用于填料函式：填料函式：第9页，本讲稿共28页1、确定物性数据、确定物性数据物料的物性数据物料的物性数据:定性温度；密度；比热容Cp热导率；粘度。载热体物性数据载热体物性数据
5、:进口温度=出口温度=定性温度；密度；比热容Cp热导率；粘度。二、工艺结构设计二、工艺结构设计第10页，本讲稿共28页2、估算换热面积、估算换热面积热流量热流量Q1=qm1Cp1t1=qm2Cp2t2或Q1=qm1Cp1t1=qm2r 下标1表示工艺流体，下标2表示载热体。Tm确定相对流动方向，计算Tm并流与逆流Tm=（t1-t2）/ln(t1/t2)折流Tm=tTm逆第11页，本讲稿共28页A的估算估算的传热面积AP=Q/(KPTm)KP为假设传热系数。表表 K值大致范围值大致范围管内（管程）管间（壳程）传热系数K（W/m2.K）水水水水500-1000水水蒸汽蒸汽1000-4000水水有机
6、物有机物100-500第12页，本讲稿共28页载热体用量载热体用量qm2若工艺流体被加热，则：Q=Q1+Q2Q2为热损失，可近似取换热器热流量的3-5。qm2=Q/Cp2t2若工艺流体被冷却，则：qm2=Q1/Cp2t2第13页，本讲稿共28页3、工艺结构尺寸、工艺结构尺寸管径与管内流速管径与管内流速表表1 常用换热管的规格常用换热管的规格 192mm 252.5mm 323mm表表2 列管换热器中不同粘度液体的最大流速列管换热器中不同粘度液体的最大流速液体粘度（pa.s）1.50.51.00.10.50.035-0.10.001-0.0350.001烃类最大流速(m/s)0.60.751.1
7、1.51.82.43第14页，本讲稿共28页表表3 列管换热器的常用流速列管换热器的常用流速流体类型管内(m/s)管间(m/s)一般液体0.530.21.5海水、河水等易结垢液体10.5气体5303-15表表4 列管换热器易燃易爆液体允许的安全流速列管换热器易燃易爆液体允许的安全流速流体类型安全流速(m/s)乙醚二硫化碳苯1甲醇乙醇汽油2-3丙醇10第15页，本讲稿共28页管程数与传热管根数管程数与传热管根数先按单程计算所需管子根数和管长单程管子根数单程管子根数no:no=4qM内/d2u（qM内管内流体质量流量）按单程计算的管子太长，则应采用多管程。总管长总管长 L总总:L总=AP/d（AP
8、估算的传热面积）单根管长单根管长L:按（GB151）推荐单根管长为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12m。管子根数管子根数 N：N=L总/L管程数管程数 m：m=N/no (取1、2、4、6、8等)实际管子总根数实际管子总根数 Np：Np=mno第16页，本讲稿共28页平均温度差校正及壳程数平均温度差校正及壳程数一般温温差差校校正正系系数数值值应应不不低低于于0.8。否则应考虑多壳程或多台换热器串联。(R-P1/RPR)传热管排列与分程方法传热管排列与分程方法 （管板结构尺寸：结构形式、结构尺寸、强度尺寸）正三角形排列正三角形排列(最小管间距t=1.25
9、d)正方形排列同心圆排列壳体内径壳体内径 对于多管程:D=1.05t(Np/)1/2适宜的换热器长径比为6-10，竖直放置的换热器为4-6。第17页，本讲稿共28页折流档板折流档板（切口尺寸，档板间距，排列方式，与壳体间隙，厚度，管孔，支持板）切口尺寸：常用值为壳体内径的20%-25%档板间距：最小50mm，最大不大于传热管最大无支撑跨距（且不大于壳体内径）表表5 最大无支撑跨距（最大无支撑跨距（mm）换热管外径1014192532384557最大无支撑跨距8001100150019002200250028003200第18页，本讲稿共28页排列方式：卧式换热器的弓形折流档板的圆缺面可水平或垂
10、直装配。(与壳体间隙)(厚度)(管孔)支承板：具有横向折流档板的换热器不需另设支承板其它附件其它附件（管程隔板，纵向隔板，拉杆与定距管，旁路档板与防冲板）设备支座*两项不需具体设计计算两项不需具体设计计算,但工艺条件图上应有所表示但工艺条件图上应有所表示.接管接管 (设置必要的接管，管径，管长，接管法兰的要求，排气排液管等)接管大小、位置(接管法兰的要求)排气、排液管第19页，本讲稿共28页三、换热器核算三、换热器核算1、A 内，外，R垢内，R垢外，K核A核，并与A实际比较 要求:传热面积裕度15-20%15-20%2、tw 冷流体平均温度tm=0.4t2+0.6t1层流时tm=0.5(t1+
11、t2)热流体平均温度Tm=0.4T1+0.6T2Tm=0.5(T1+T2)传热管平均壁温壳体壁温(约等于壳程流体平均温度)壳体壁温-传热管平均壁温=tw(大于50时要考虑热补偿)第20页，本讲稿共28页表表6 各种污垢热阻的大致数值范围各种污垢热阻的大致数值范围(10-5m2 /w)水17.6(52)35.2(52)硬水52.8(52)88(52)水蒸汽8.8(不带油)17.6(带油)煤油17.6一般稀无机物溶液88第21页，本讲稿共28页3、流动阻力、流动阻力 管程阻力P内壳程阻力P外操作压力操作压力 P 105Pa(绝压绝压)阻力阻力P 0.1 P 操作压力P=0-105Pa(表压)阻力P
12、0.5P操作压力P105Pa(表压)阻力P5104Pa四、确定换热器的工艺结构。四、确定换热器的工艺结构。换热器主要结构尺寸和计算结果表：表表7 换热器主要结构尺寸换热器主要结构尺寸 第22页，本讲稿共28页 参数参数 管程管程 壳程壳程流率/(kg/h)进/出温度/压力/Pa物性定性温度/密度/(kg/m3)比热容/(kJ/(kgK)热导率/(W/(mK)粘度/Pas普朗特数设备形式台数结构壳体内径/mm壳程数参数管径/mm管心距/mm管长/mm管子排列管数目/根折流板数/个传热面积/m2折流板间距/mm管程数材质第23页，本讲稿共28页主要计算结果管程壳程表表8 主要计算结果主要计算结果五
13、、换热器工艺结构图五、换热器工艺结构图uRPQ TmK面积裕度面积裕度第24页，本讲稿共28页图纸要求图纸要求:1)制图规范、表达出主要工艺结构2）按1：10比例绘画（长度不够表达可用断开方式）3)主要尺寸标注，接管标注4)接管表工作特性表主要结构尺寸和计算结果表标题栏（其中图纸名称为：其中图纸名称为：工艺条件图工艺条件图）。图框第25页，本讲稿共28页设计成果提交设计成果提交:1、设计任务书、设计任务书 2、设计说明书、设计说明书 1)1)设计任务及条件；设计任务及条件；2）设计方案；）设计方案；3）工艺计算及核算；）工艺计算及核算；4）设备主要结构尺寸和计算结果；）设备主要结构尺寸和计算结
14、果；5）设计总结）设计总结(对设计的评述及有关问题的分析讨论对设计的评述及有关问题的分析讨论)；6）参考文献。）参考文献。3、设备工艺条件图（根据图纸幅面按比例绘图）、设备工艺条件图（根据图纸幅面按比例绘图）*工艺计算及核算过程所用数据及公式必须有依据工艺计算及核算过程所用数据及公式必须有依据*工艺计算及核算必须有详细过程工艺计算及核算必须有详细过程第26页，本讲稿共28页设计要求设计要求1、设计过程层次清晰，内容完全；设计、计算中所采用的设计过程层次清晰，内容完全；设计、计算中所采用的公式、数据、图表等能注明出处，必要的能说明理由，计公式、数据、图表等能注明出处，必要的能说明理由，计算过程详
15、细全面。算过程详细全面。2、说明书条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整。、说明书条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整。3、图纸、图纸图面清晰，布置合理；各部分结构在图上能正确体图面清晰，布置合理；各部分结构在图上能正确体现；按比例、按制图标准绘画；标注及必要的表格符合要现；按比例、按制图标准绘画；标注及必要的表格符合要求；字迹规范工整。求；字迹规范工整。4、独立完成、独立完成第27页，本讲稿共28页课程设计题目、班级、学号、学生姓名、设计时间说明书纸张统一说明书纸张统一 (A4纸纸)图纸图纸幅面幅面统一统一（在资料室复印（在资料室复印A3）封面统一格式封面统一格式（在资料室复印）（在资料室复印）第28页，本讲稿共28页