管壳式换热器设计书 一、 工艺设计1、选择合适的换热器1.1 确定物性参数有机液的定性温度： 水的定性温度： 两流体在定性温度下的物性数据如下: 物性流体密度 /m3比热KJ/(oC)粘度 mPas导热系W/(moC)有机液9502.2610.74210-3 0.172水1994.8254.1740.76410-30.6221.2 计算热负荷和由热量衡算21.3 计算温差和估计传热系数逆流时， 而 由化工原理上册页查图519(a)可得: ,管程数 Np=6 所以 又因为0.82，故可选用单壳程的列管换热器。根据管程走有机液，壳程走水，且逆流，总传热系数K的范围是290870W/(oC）4现暂取：1.4 估算换热面积 5化原P154（5-23）1.5 试算和初选换热器的规格 又因为有机液走管程且初选，所以设 6由 V=Ms/p=31.58 可求得单管程的管子根数： 所以 据此初选固定管板式换热器规格尺寸为：壳径D=a（b-1）+2L 有化工设备机械基础P208表7-4可知，b=25，由表7-5可取a=25mm 所以 D=25*（25-1）+2*4.5=609mm圆整后为700mm壳 径 D700管 子 尺 寸192mm管 程 数 4管 长L4.5 m管子总数 n546管子排列方法正三角形 2、核算总传热系数 2.1 计算管程给热系数 （与假设相一致 合适）化原P5（1-13）7化原p16(1-26) 8 所以 9 2.2 计算壳程对流传热系数 换热器中心附近管排中流体流通截面积为： 10 式中 折流挡板间距，取200；t=25mm 因为是正三角形排列，所以 因为 所以 由正三角形排列得： 11 因为 在范围内，故可用下式计算 12 壳程中水被冷却，取 ， 所以 2.3 确定污垢热阻 管内、外侧污垢热阻分别取为： 13 2.4 总传热系数 因为管程走有机物，管子材料选用20R， 取其导热系数为(moC)，总传热系数为： 14化原 p145(5-11c) ，所以合理由前面计算可知，选用该型号换热器时，要求过程的总传热系数为，在传热任务所规定的流动条件下，计算出的为，其安全系数为：故所选择的换热器是合适的。3、核算压强降3.1 计算管程压强降 15 前面已算出：， （湍流）取不锈钢管壁粗糙度 则，由化工原理上册第一章P25的关系图中查得： 所以 对于的管， 3.2 计算壳程压强降 16 其中 管子为正三角形排列，取F=0.5 取折流挡板间距 折流挡板数： 所以 所以 由上面计算可知，该换热器管程与壳程的压强均满足题目要求，故所选换热器合适。机械设计1管子数n选的20R无缝钢管，管长4.5m , F为A估 其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=549-6=543根2 换热管的排列形式采用正三角形排列，由化工设备机械基础表7-4查的层数为12，查表7-5，取板间距a=25mm。3 换热器壳体直径的确定其中换热器内径，mmb正六角形对角线上的管子数，查表7-4的b=25L最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取圆整后取壳体内径4 换热器壳体壁厚的计算材料选用20R计算壁厚为： 化设p90(4-5) 式中:为计算压力，假设一个标准大气压，取=0.1Mpa；700mm；采用双面焊的对接接头100%无损检测，所以=1;t =132Mpa（设壳壁温度为70C） 将数值代入上述厚度计算公式，可以得知： 查化工设备机械基础表4-9得 查化工设备机械基础表4-11取 ；GB150-1998钢制压力容器中对容器最小厚度的规定是：对碳素钢取所以5 换热器封头的选择上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2000标准，封头为DN7003，查化工设备机械基础表4-15得曲面高度 ，直边高度 ，材料选用20R钢 6 容器法兰的选择材料选用16MnR 根据JB/T4703-2000 选用DN700，PN1.6Mpa的榫槽密封面长颈对焊法兰。7管板7.1管板与壳体的连接本次换热换热管为碳素钢，设计压力4MPa,设计温度在300以内，并无明显的应力腐蚀，所以采取胀接的连接方法7.2 管板厚度的计算根据换热器设计手册第147页，1-6-9得最小厚度为40mm8 管子拉脱力的计算计算数据按表项目管子壳体操作压力/Mpa0.10.1材质20钢20R线膨胀系数弹性模量许用应力/Mpa132132尺寸管子根数543排列方式正三角形管间距/mm25管壳壁温差/管子与管板连接方式开槽胀接胀接长度/mm50许用拉脱力/Mpa4.0II1、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力 化设p217(7-9) 其中 , mm 2、温差应力引起的每平方米胀接周边所产生的拉脱力 化设P218（7-10） 其中 由此可知，作用方向相同，都使管子受压，则管子的拉脱力： 因此拉脱力在许用范围内。9 计算是否安装膨胀节管壳壁温差所产生的轴向力为： 压力作用于壳体上的轴向力： 其中 = 压力作用于管子上的轴向力为： 则 根据GB151-1999管壳式换热器条件成立，故本换热器不必要设置膨胀节。10 折流板设计折流板为弓形，折流板间距取525mm，查化工设备机械基础表7-7得折流板最小厚度为6 mm,查化工设备机械基础表7-9折流板外径为696 mm,材料Q235-A钢查化工设备机械基础表7-10拉杆12，共8根，材料Q235-AF钢11 裙座设计采用圆筒形裙式支座，裙座与塔体的连接采用焊接，由于对接焊缝的焊缝受压，可承受较大的轴向力，故采用对接形式。取裙座外径与封头外径相等。并且取裙座的厚度与封头的厚度相同，即裙座尺寸为7003mm.。裙座材料选用Q235-A。文献1 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 251-251 附录52 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 148-148 公式5-223 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 148-148 公式5-244 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 146-146 表5-65 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 148-148 公式5-236 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 203-203表6-17 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 16-16 公式1-268 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 164-1649 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 165-165 公式5-63a10 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 172-172 公式5-7411 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 171-171 公式5-73a12 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 171-171 公式5-72a13 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 145-145 表5-514 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 145-145 公式5-11c15 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 203-203 公式6-116 谭天恩，窦梅化工原理M北京：化学工业出版社，2006.4 204-204 公式6-4