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1、流体流量进口温度出口温度压力煤油10th180401MPa水?th20400.5MPa一热力计算1.换热量计算Q=m1Cp1T1-T2=1000036002100180-40=817.32KJ/s2.冷却剂用量计算m2=QCP2t1-t2=817.321000418340-20=9.77KJ/s由于水的压力较之煤油较大，黏度较之煤油也较大，所以选择水为壳程，煤油为管程。3.换热面积估算t1=T1-t2=140t2=T2-t1=20tm=t1-t2lnt1t2=140-20ln14020=61.67tm按纯逆流时计算的对数平均温差tm=ttmt温差矫正系数t=（R.P）R=热流体的温降冷流体的温
2、升=T1-T2t1-t2=180-4040-20=7P=冷流体温升两流体的初始温差=t2-t1T1-t1=40-2080-20=0.16查图得t=0.85tm=0.8561.67=52.4传热面积估算：A=QtmK取传热系数：K=450A=817.3210345052.4=34.7取安全系数0.1：A=38.13mm24管径，管长，管数确定：由流量确定管数：n=vL4di2uu管程流体流速,msvL管程流体体积流量,m3sdi换热管内径，m煤油在管中的流速为0.81，取管程流体流速u=1ms常用换热管为=25mm与=19mm选用外径do=15mm换热管。管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出：
3、di=2.78800=0.00347m3sn=0.0034740.01521=19.64取管数n=20由换热面积确定管程数和管长：由于是U型管换热器，由GB151-1999管壳式换热器查得有2，4两种管程可选。初选管程为4L=AnNd0L-单程管长,mA-换热面积,m2n-管数N-管程数do-换热管外径,mL=38.132040.019=7.98m考虑到常用管为9m管，为生产加工方便，选用单程管长8m又考虑到单程管长8m会使得换热器较长，在选取换热器壳体内径时，尽量选取较大的，以保证安全，因此换热器内部空间较大，故选用较为宽松的正方形排布。换热管材料由于管程压力大于0.6MPa,不允许使用焊接
4、钢管，故选择无缝冷拔钢管。按照GB151管壳式换热器1999选取常用管心距 pi=25mm；分程隔板两侧管心距ps=38mm按下图作正方形排列选择布管限定圆直径DL=Di-0.5do=400-10=390mm由布管限定圆从GB1511999管壳式换热器中选定工程直径DN=400mm的卷制圆筒，查得碳素钢，低合金钢圆筒最小厚度不得小于8mm，高合金钢圆筒最小厚度不得小于3.5mm圆筒厚度计算：选用壳体材料为现在工业生产中压力容器的常用材料Q345R，为一种低合金钢。按GB150.1.4-2011压力容器中圆筒厚度计算公式：=pcDi2t-pc-圆筒计算厚度mmpc-计算压力，MPaDi-圆筒内径
5、，mmt-设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa-焊接接头系数计算压力pc=0.5MPa圆筒内径由选定的圆筒公称直径得Di=400mm设计温度下的圆筒材料的许用应力由选定的材料Q345R从GB150.2中查得t=189MPa焊接接头系数=0.85=0.540021890.85-0.5=0.623由于壳程流体为水，不会产生较严重的腐蚀，选取腐蚀yu量C2=2mm又由于Q345R在公称直径为400mm是可选取得最小厚度为8mm，则选择圆筒厚度为8mm折流板间距：折流板间距一般不小于圆筒内径的五分之一且不小于50mm；因此取折流板间距为200mm核算传热系数：由GB1511999管壳式换热器得到包括污
6、垢在内的，以换热管外表面积为基准的总传热系数K的计算公式:1K=10+rdo1+rw+1iAOAi+rdi(AOAi)K-总传热系数，Wm20-管外流体给热系数，Wm2i-管内流体给热系数，Wm2rdo-管外污垢热阻，m2Wrdi-管内污垢热阻，m2Wrw-用管外表面表示的管壁热阻，如有延伸表面，也包括在内m2W翅化比，采用光管时=1管外流体给热系数o:o=0.36水deReo0.55pr13uuw0.14水-水导热系数de-当量直径，mReo-管外流动雷诺数pr-壳程流体的普朗特数o-定性温度下的流体粘度，Pasw-壁温下流体的粘度de=40.5Pt0.866Pt-0.54do2do2=40
7、.50.0250.8660.025-0.540.01920.0192=0.017mmReo=deuwuo查得定性温度下流体的粘度为810-4Pas壁温下流体的粘度1004Reo=0.01710040.995810-4=2.12104查得壳程流体的普朗克数Pr=4.86查得水的导热系数水=0.6252o=0.360.62520.0172.121040.554.8613801.210040.14=5139.71管内流体给热系数i：i=0.023煤油di煤油diui0.8cp煤油0.3查得煤油的导热系数煤油=0.12WmK查得煤油的密度煤油=800kgm3管内流体的流速ui=1ms煤油的粘度=710
8、-4煤油的比热cp=2.1103换热管的内径di=0.015mi=0.0230.120.0158000.0151710-40.82.1103710-40.120.3=945.18在总传热系数计算公式中，AOAI可看作dodi管外流体的污垢热阻rdo=17.610-5m2W管内流体的污垢热阻rdi=17.610-5m2W用外表面表示的管壁热阻rwrw=d2wlndd-2wd光管外径，mw换热管材料导热系数，Wmw换热管壁厚，m查GB1511999管壳式换热器得换热管材料导热系数w=20.4Wmrw=0.019220.4ln0.0190.019-20.002=0.00011总传热系数：1K=151
9、39.71+17.610-51+0.00011+1945.180.0190.015+17.610-50.0190.015=0.00207K=483Wm2初选K值为450相对误差=A-AA=817.3210348352.4-817.3210345052.4817.3210345052.4=0.07处于相对许可范围内壁温计算：假设tw冷tw热=t热-oo+ididot热-t冷=110-5139.715139.71+945.180.0150.019110-30=66.3换热面积裕度：=AP-AAA所需传热面积，mm2AP实际传热面积，mm2AP=200.01984=38.20mm2=38.20-32
10、.2932.29=0.18换热面积裕度符合要求压降计算：(1)管程阻力计算：Pt=Pi+Pr+PNPt-管程总阻力，PaPi-沿程阻力，PaPr-回转阻力，PaPN-进出口接管阻力，Pa沿程阻力Pi可按下式计算Pi=ldit22i莫迪圆管摩擦系数di圆管内径，mL管程总长,m管内流体在平均温度下的密度，mt管内流体流速，msi管内流体粘度校正因子莫迪圆管摩擦系数：莫迪圆管系数可由管内流体雷诺数得到管内流体雷诺数：Rei=du=0.01518000.710-34000管内为湍流。用公式:1=1.74-2lg2di 其中取0.151=1.74-2lg20.1515得=0.04管内粘度校正因子取1.
11、05Pi=0.04160.0158001221.05=17920回弯阻力可由下式得到：Pr=4t22ztzt管程数Pr=48001224=6400进出口接管阻力：PN=1.5n22n管外流体流速，mn=Gs=905995=0.91msPN=1.58000.9122=311.24管程总阻力:Pt=17920+6400+311.24=24631Pa0.035MPa管程压降符合要求壳程压降计算：PS=0.816JfDsDeslBw-0.14us22us壳程流体流速,msDs壳体内径，mDes壳体当量直径，mB折流板间距，mJf壳程摩擦因子Des=0.051Ps=0.8160.040.40.05180
12、.21.058000.9122=35610.035MPa壳程压降符合要求机械设计一管箱设计计算管箱有封头，管箱短节，法兰，分程隔板等零件组成。1. 封头设计及厚度计算。由于椭圆封头经线曲率变化平滑，应力分布均匀，且椭圆形封头较半球形封头深度小得多，易于冲压成形，是目前最常用的封头之一，故次换热器采用标准椭圆形封头。对于标准椭圆封头，K=1厚度计算公式为：焊接接头系数封头材料选用与圆筒材料相同的在压力容器中最常用的材料Q345R其在使用温度下的许用应力可由过程设备设计附录D中查得焊接接头系数取又封头厚度因与筒体厚度相同以减少焊接所产生的应力，最终取封头厚度为2. 管箱短节设计：（1）管箱短节厚度
13、设计：管箱短节厚度与筒体厚度相同，（2）管箱的最小内侧深度：由GB1501998规定：a. 轴向开口的单程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管内径的b. 多管程管箱的内侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3倍；当操作允许时，也可等于每程换热管的流通面积。两程之间的最小流通面积是指管箱被平行于地面的平面所剖开所形成的截面积；每程换热管流通面积是指同一管程内的换热管管内截面所形成的面积之和。由于由计算所求得的管箱深度太小，故根据各方面需要取300mm3. 分程隔板： 由GB1511999管壳式换热器得，分程隔板的最小厚度不应小于下表因分程隔板两侧无明显压差，分程隔板可按上表选取。分程隔板选材为Q235，属碳素钢，故取分程隔板厚度为二接管管径设计：1.煤油进出口管径：进出口管径可由公式：V液体的体积流量u液体的流速2.水进出口管径：三容器法兰选取及校核由NB/T 470202012选取长颈对焊法兰，密封面采用全平面密封，法兰采用锻件，材料选用20号钢。垫片选择石棉像胶板，厚度为3mm，垫片系数m=3.50，比压力y=44.8MPa1.垫片设计计算垫片
