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1、甲醇加热器设计说明书班级：生工123班 姓名 ：万通 日期 ：2015.7.02 指导教师：邸凯 目录1、 方案简介1二、方案设计11、确定设计方案12、确定物性数据23、计算总传热系数24、计算传热面积35、工艺结构尺寸36、换热器核算4三、设计结果一览表14四、对设计的总结15五、参考文献17一、方案简介本设计任务是利用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要考虑的因素主要包括流体的性质，压力，温度及允许压力降的范围，对清洗、维修的要求，材料价格，使用寿命等。换热器的种类很多，不同的
2、换热器适用于不同的场合，而管壳式换热器在生产中被广泛利用。与其他形式的换热器相比，其结构简单、紧凑，制造成本较低，能得到最小的壳体内径，管程可分成多程，壳程也分成双程，规格范围广，故在工程中广泛应用，管内不易积垢，即使产生了污垢也便于清洗。缺点是壳程不能清洗，检查困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。二、方案设计用420K的饱和水蒸汽加热甲醇燃料气，甲醇处理量为2500kg/h,甲醇由338K上升到393K。设计条件：1.两侧污垢热阻为1/8700 ./W2.热损失5%。3.初设K=58.2W/(.)1确定设计方案 （1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度420K，出口温度4
3、20K。冷流体进口温度338K，出口温度393K。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确定 由于该换热器是具有饱和蒸汽冷凝的换热器，且蒸汽较清洁，它对清洗无要求，故应使用水蒸汽走壳程，以便排除冷凝液。所以甲醇走管程，水蒸汽走壳程。选用252.5mm的碳钢管，取管内流速取ui=20m/。 2、确定物性数据 定性温度：由于甲醇的粘度较小，其定性温度可取流体进口温度的平均值。 甲醇的定性温度为：管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 水蒸汽在420K下的有关物性数据如下： 密度 o
4、=2.3585kg/m3定压比热容 cpo=1.92kJ/(kg)导热系数 o=0.0260 W/(m)粘度 o=0.000148 Pas潜热 =2128.8kJ/kg甲醇在365.5K下的物性数据： 密度 i=1.09kg/m3定压比热容 cpi=1.34kJ/(kg)导热系数 i=0.0256 W/(m)粘度 i=0.0000164 Pas3计算总传热系数 （1）热流量（2）平均传热温差 （3）水蒸汽流量 （4）总传热系数K 由于壳程较大，K可取较大值，令初设值为58.2KW/ m2 K4、计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15=1.1518.65=21.45m25、工艺结构尺寸
5、 （1）管径和管内流速 选用252.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=20m/s（2）传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 根据列管式换热器传统标准选用Nt=98根.（3）计算管长及管程数。所需单程长度根据传统换热器管长可取3米单程换热器（4）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 ,由查图可知，平均传热温差为（5） 传热管排列和分程方法 查表可得当时，管中心距为采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列。横过管束中心线的管数 ,得到各程之间可排列10支管，即正六边形可排6层。则实际排管数设为102根，其中4根拉杆，则实际换热器为98根（5）壳体内径 壳体内径为 圆整可取 （6
6、）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25400100mm，故可取h100 mm。 取折流板间距B0.5D，则B0.5400200mm，可取B为200mm。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/200-1=14(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管外水蒸汽流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 查表取壳程流体进出口接管内径为100 mm 管程流体进出口接管：取接管内甲醇流速 u20 m/s，则接管内径为 查表取管程流体进出口接管内径200mm查表得到符合国家标准的换热器G 400 I-2.5-17.
7、3公称直径： 400mm； 公称压强： 2.5MP总管数： =98根； 管间距： t=32mm管子规格尺寸： 管子排列方式： 正三角形排列传热面积： 17.3 管程数： N=1每管程的流通面积：=0.0308 6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用以下公式 查表得： =0.6843W/()=919.882kg/Pas =2128.8kJ/kg0壁温为418.7K由以上计算得n=10(取整)代入上式整理得：管内对流传热系数为又因为流体被加热n取0.4.管程流通面积管程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 :传热系数K由已知可得管壁内外侧污垢热阻为1/8700 /W
8、管壁热阻:因为25/20=1.252所以传热面积S该换热器的实际传热面积Sp 按照国家标准换热器G 400 I-2.5-17.3 取其实际传热面积=17.3 该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Ns=1, Np=1, Ft=1.4由Re27500，传热管相对粗糙度 ，查莫狄图得i0.030 W/m， 流速ui20.69m/s，1.09kg/m3，所以 pi（p1+p2）Ft （1049.86+699.91）1.4112449.68Pa （符合设计要求）管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 其中：F=0.
9、50.5320.901015(2.35850.6082)/2 43.85 Pa流体流过折流板缺口的阻力 NB（3.5）14（3.5）(2.35850.6082)/215.26Pa总压降：po（）Fs Ns（43.8515.26）1159.11Pa（符合设计要求） 其中，Fs为壳程压强降的校正系数，对于气体取1；Ns为串联的壳程数，取1。由于换热器壳程壳程流体的操作压力较低，所以计算得的壳程压力降也比较适宜。 五、主要构件的设计计算及选型5.1壳体5.1.1壳体直径根据前面的工艺计算，本次设计采用的换热器壳体内径Di400 mm。查阅结构与零部件（上）P123，表1-1-86 的无缝钢管制作筒体
10、时容器的公称直径，本次采用公称直径为DN450mm8mm的壳体，则Do466mm，Di450 mm。5.1.2壳体壁厚 由于所设计的换热器为中低压容器，故可取设计压力为=1.6MPa;查表得许用应力=113MPa考虑到使用年限，取腐蚀裕量=1.0mm0.66 (mm)实际选用板厚名义厚度为n 。n =+ + 式中 根据在4.5到5.5之间 C10.5mm圆整后： n=5.4+0.5+6(mm) 5.1.3水压校核 由过程设备设计P193，公式（4-88），（4-89），得： 18.15 MPa 而0.9s=0.90.9235=190.35 MPa因为0.9s，所以水压试验时强度足够。5.1.4
11、壳体质量壳体长度=3m质量=785033.14（0.420.3942）/4=88.07kg注：个别数据来源于后续步骤。详见附图。5.2管板5.2.1管板参数根据壳体内径尺寸，查阅换热器设计手册P161，表1-6-9 管板尺寸表，由于没有适合本次设计的标准管板，根据非标准设计得管板相关参数。具体参数列于下表： 管板参数（管板按非标准设计）参数名称参数值管板直径Da/mm450管板外径D/mm565管板厚度ba/mm38螺栓孔直径d2/mm18螺栓规格M1680螺栓数量n2/个12螺栓孔高度bf/mm28管板螺栓孔间距D1/mm530管板法兰直径Df /mm565管板螺栓内侧边间距D4/mm487管孔直径d1/mm19管孔数/个100换热管外伸长度/mm5管板体积/m30.00591管板质量/kg46.39注：管板体积=0.0
