换热器设计说明书

热能与动力工程 课程设计 管壳式换热器设计 姓名：              班级：              学号：              指导老师：              目  录 一、设计任务书.............................................1 二、设计计算书及符号说明...................................2 三、设计结果汇总表.........................................8 四、设计中发现的问题.......................................8 五、设计自评...............................................9 六、参考文献...............................................9 1、设计任务书 1、设计内容 某生产过程的流程如图所示，反应器的氢气经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知氢气的流量为2273kg/h，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29℃，冷却水流量为36000kg/h，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 2、设计要求 每个设计者必须提交设计说明书和换热器总装图、管板图、零部件图。 设计说明书必须包括下述内容： 封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、设计中发现的问题、设计自评和符号说明、参考文献等。 3、确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载   1． 选择换热器的类型  根据两流体温度的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39.66℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。  2． 管程安排  从两物流的操作压力看，应使氢气走管程，循环冷却水走壳程。但由于循 环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，氢气走壳程。 二、设计计算书 项 目 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 备注 原始数据 1 2 3 4 5 6 7 氢气进口温度 氢气出口温度 冷却水进口温度 氢气工作表压力 冷却水工作表压力 氢气流量 冷却水流量 ℃ ℃ ℃ MPa MPa ㎏/s ㎏/s 由题意 由题意 由题意 由题意 由题意 由题意 由题意 110 60 29 6.9 0.4 0.63 10   流体的物性参数 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 氢气定性温度 氢气比热 氢气密度 氢气黏度 氢气导热系数 氢气普兰德数 水的定性温度 水的比热 水的密度 水的导热系数 水的黏度 水的普兰德数 ℃ — ℃ — 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 查物性表 85 14.4 4.7 0.215 0.682 34.35 4.174 994 0.625 4.93 出口温度取自下表 传热量及平均温差 20 21 22 23 24 25 26 热损失系数 传热量 冷却水出口温度 逆流时的对数平均温差 参数P及R 温差修正系数 有效平均温差 Q P R — kW ℃ ℃ — ℃ 取用（P8） 查图1.8 0.98 444.528 39.7 43.9 0.132 4.673 0.94 41.3 暂取4.174 经计算误差较小。 项 目 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 备注 估算传热面积及传热面结构 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 初选传热系数 估算传热面积 管子材料及规格 管程内水的流速 管程所需流通面积 每程管数 每根管长 管子排列方式 管中心距 分程隔板槽处管中心距 平行于流向的管距 垂直于流向的管距 拉杆直径 作草图 作图结果所得数据 六边形层数 管子数 拉杆数 传热面积 管束中心至最外层管中心距离 管束外缘直径 壳体内径 长径比 n l s a mm m/s 根 m Mm mm mm mm mm 根 根 m m m 查参考资料（附录A P294） 选用碳钢无缝钢管 选用（P302） 选 由表2.2（P44） 由表2.2（P44） 由2.1.5节 见附图1 见表2.6，估计壳体直径在400~700㎜之间 由附图1量得或算出 0.16×2+2×0.0125 ， 因为 ，故取 按GB151-1999规定，取 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 直径 1000 10.76 1 0.01006 33 2.5 正三角形 32 44 27.7 16 16 4 66 4 12.95 0.16 0.345 0.4 6.25 以外径为准 合理 管程计算 45 46 管程接管直径 管程雷诺数 mm 按钢管标准取值 27055   项 目 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 备注   47 管程换热系数 4781   壳程结构及壳程计算 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 折流板形式 折流板缺口高度 折流板的圆心角 折流板间距 折流板数目 折流板上管孔数 折流板上管孔直径 通过折流板上管子数 折流板缺口处管数 折流板直径 折流板缺口面积 错流区内管数占总管数的百分数 缺口处管子所占面积 流体在缺口处的流通面积 流体在两折流板间错流流通截面积 壳程流通截面积 壳程接管直径 错流区管排数 h m 度 m 块 个 m 根 根 m 排 选定 取 2500/250 - 1 见附图1 由GB 151—2014规定 见图 见图 由GB 151—2014规定 按 计算，并由钢管标准选相近规格 见附图1 弓形 0.1 120 0.25 9 59 0.0254 55 11 0.3955 0.024567 0.69 0.00533 0.019 0.03125 0.0244 6 由式2.13 项 目 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 备注 壳程结构及壳程计算 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 每一缺口内的有效错流管排数 旁流通道数 旁通挡板数 错流面积中旁流面积所占分数 一块折流板上管子和管孔间的泄露面积 折流板外缘与壳体内壁之间的泄露面积 壳程雷诺数 理想管束传热因子 折流板缺口校正因子 折流板泄露校正因子 旁通校正因子 壳程传热因子 壳程质量流速 壳侧壁面温度 壁温下氢气黏度 壳侧换热系数 排 对 ℃ 选取 由图2.29 由图2.30 假定 查物性表 2.89 1 2 0.616 0.00175 0.002356 63910 0.0054 1.05 0.76 0.9 0.0039 25.8 60 1870 其中 是应用P66推荐的数据 项 目 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 备注 需 用 传 热 面 积 82 83 84 85 86 87 88 水垢热阻 汽油污垢热阻 管壁热阻 传热系数 传热面积 传热面积之比 检验壳侧壁温 K F ℃ 查有关资料 查有关资料 12.95/11.78 0.00017 0.000086 略 913.5 11.78 1.1 61.58 合适 与原假定值差1.58℃ 阻 力 计 算 89 90 91 92 93 94 95 96 97 管内摩擦系数 管侧壁温 壁温下水的黏度 沿程阻力 回弯阻力 进出口连接管阻力 管程总阻力 理想管束摩擦系数 理想管束错流段阻力 ℃ Pa Pa Pa Pa — Pa 查图2.36 假定 查物性表 查图2.37 0.0065 50 3101.6 3976 745.5 7823.1 0.2 218.8 没有超过表2.9的规定 项 目 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 备注 阻力计算 阻力计算 98 99 100 101 102 理想管束缺口处阻力 旁路校正系数 折流板泄露校正系数 折流板间距不等的校正系数 壳程总阻力 Pa — — — Pa 查图2.39 查图2.38 间距相等，不需校正 265.5 0.68 0.52 1 2302.4 没有超过表2.9的规定                   附图1 管子布置图 3、计算结果汇总表 物性参数 参数 壳程（氢气） 管程（水） 流量（㎏/s） 0.63 10 操作温度（℃） 110—60 29—39.7 定性温度（℃） 85 34.35 流体密度（ ） 4.7 994 定压比热容[ ] 14.4 4.174 黏度[ ] 导热系数[ ] 0.215 0.625 普朗特数 0.682 4.93         设计结构参数 形式 浮头式 台数 1 壳体内径（mm） φ400 壳程数 1 管径（mm） Φ25×2.5 管程数 2 管心距（mm） 32 管子排列 正三角形 管长（mm） 2500 折流板数 9 管数目（根） 66 折流板间距（mm) 250 传热面积（㎡） 12.95 折流板缺口高度（mm） 100 拉杆直径(mm) Φ16 拉杆数 4           4、设计中发现的问题 1、在查取国家标准时比较困难，没有相应的参考资料，网上可查找到的资料不够准确详尽； 2、氢气的物性参数查取较困难，水的物性参数查取也不准确； 3、计算时数据出了些问题，导致开头计算时，浪费了较多时间； 4、书上部分公式出现错误，给计算带来一些障碍； 5、设计计算部分只计算了传热管部分，绘图时绘制管板、封头、法兰、管箱等零部件时出现困难，查取相关标准较困难； 6、初选传热系数与最终计算结果相差较大，导致一些数据需要从头核算； 7、虽然完成了换热器设计，但是也知道里面存在很多问题，仍需要以后进一步学习改进。 五、设计自评 为了加强我们对热交换器这门课程的深刻认识，将之前学到的各科知识应用到换热器的设计中，做到融会贯通，我们针对这门课程进行了为期两周的课程设计。为了准备考研，对于这门课程的学习做得不够扎实，因此在正式进行设计任务之前先将课本上必要的内容看了一遍，仍然在设计计算过程中遇到了很多问题。 首先是查询冷热流体的物性参数，然后是传热系数，接着是各种国家标准，尤其是在画图的时候才发现，除了必要的设计计算，仍有很多换热器结构的数据还不知道。而在设计中的一些问题，比如初定传热系数，由于没有设计 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，书上给出的氢气传热的经验数值也不太确定，导致后面核算时发现问题，需要回过头来再重新计算。这类问题并不是只有这一个，因此整个课程设计进行的并不顺利，浪费了很多时间。 在这次课程设计中，我发现了很多自己的不足。很多事情，不是看着简单就觉得自己能行。如果这样，我们就会显得眼高手低了。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”只有亲身实践，将知识应用于实践，才能真正地掌握所学知识。我们现在虽然已经完成了热交换器的课程，但仍然还只是处于书本知识的学习中，没有亲身感受热交换器的各部分结构，体会其工作原理，我们就无法做到书本知识与实际事物的相结合。由于受到条件的限制，我们暂时还无法完成，只能暂时进行书本知识的深化学习。以后如果走上跟热交换器相关的工作岗位，在工作实践中，我相信我们一定会有更好的学习机会。 6、参考文献 1、《GB/T 9116-2010 带颈平焊钢制管法兰》2011 2、《GB/T 151-2014 热交换器》2015 3、《JB/T 4703-2000 长颈对焊法兰》 2000 4、《热交换器原理与设计》史美中&王中铮 编著 南京：东南大学出版社，2014