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1、用水冷却煤油产品的浮头式换热器的设计说明用水冷却煤油产品的浮头式换热器的设计说明书1.传热工艺计算21.1 确定设计方案21.2 定流体的平均温度及物性数据21.3 估算传热面积31.3.1热流体的热量41.3.2 计算冷介质的流量41.4 工艺结构尺寸51.4.1 换热器壳径的确定61.4.2 换热器折流板的尺寸及数量的确定761.4.3 接管规格61.5 换热器核算71.5.1 管程对流传热系数：71.5.2 壳程对流传热系数：81.5.3 总传热系数91.5.4 计算流体阻力102.设计计算122.1 筒体的计算122.1.1 计算条件122.1.2 厚度的计算132.2 .管箱短节的计
2、算132.2.1 计算条件132.2.2 厚度计算142.3 外头盖短节计算142.3.1 计算条件142.3.2 厚度计算152.4 管箱封头计算152.4.1 计算条件162.4.2 厚度计算162.5 外封头盖计算162.5.1 计算条件162.5.2 厚度计算172.6 管板的设计172.6.1 符号说明172.6.2 管板厚度的计算192.6.3 换热管的轴向应力222.6.4换热器与管板连接拉脱力232.7 浮头盖的设计计算232.7.1 管程压力Pt作用下浮头盖的计算232.7.2壳程压力Ps作用下浮头盖的计算282.8开孔补强312.9水压试验校核321.1 设计条件（1） 使
3、煤油从200冷却到35，压力1.0MPa；（2） 冷却剂为水，水压力为0.5MPa；（3） 处理量为12t/h。1.2流动空间及流速的测定 由于循环冷却水较易结垢，为了便于水垢清洗，水走管程，煤油走壳程，换热管选252.5的碳钢无缝钢管管，管内流速取1m/s。1.3 定流体的平均温度及物性数据对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均温度，管程、壳程介质的进出口温度如表2.1所示：表1.1 流体温度参数工艺数据煤油循环水入口温度20025出口温度3535则平均温度： 式中： ，热流体的进、出口温度，； ，冷流体的进、出口温度，.则：煤油的平均温度 水的平均温度 根据定性温
4、度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据，如表2.2所示。表2.2 流体物性参数介质密度Kg/m kg/比热KJ/(kg.)粘度pa.sPa.S导热系数 w/m. 水（t=30）995.74.1740.80120.6171煤油（T=117.5）。50）7642.400.5480.10381.3 估算传热面积1.3.1热流体的热量 = =4752000kJ/h =1320kw 1.3.2 计算冷介质的流量 = =113847.6kg/h =31.62kg/s式中 、热流体流量和冷水的流量。两流体的温差 1.3.3 总传热系数(1)管程传热系数 = = (2)壳程传热系数假设壳程传热系数管程污垢热
5、阻 壳程污垢热阻 管壁导热系数 （3）总传热系数 （4）计算传热面积 考虑10%的面积裕度 S = 1.1 = 1.181 = 89.1m21.4工艺结构尺寸1.4.1管径和管内流速的测量换热管选252.5的碳钢无缝钢管管，取管内流速ui=1m/s 1.4.2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按照单程计算所需传热管长度按单管程设计过长，宜采用多管程结构，取l=6m管程数 np=Ll=11.26=2双程传热管数取n=2021.4.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：P=, 因R=16.5点难以在图中找到，可以用1R代替R，PR代替P查图得。采用组合排列的方式，每程内
6、均按正三角排列，隔板间采用正方形排列，因此管心距 t=1.2525=32mm横过管数中心的管数 nc=1.19n=1.19168=171.4.4 换热器壳径的确定采用多管程结构，取管板利用率 则壳体内径 按壳体直径标准系列尺寸圆整所以取为600mm 1.4.2 换热器折流板的尺寸及数量的确定 选取折流板与壳体之间的间隙为3.5mm，因此折流板的直径为： 折流板的直径：= -23.5=593mm 取折流板的间距为：B=0.3D=180 圆缺高度h=0.25D=150折流板的档板数 = =321.4.3 接管规格 A 管程 mm B 壳程 C 接管规格（1）管程：（2）壳程：1.5 换热器核算核算
7、总传热系数61.5.1 管程对流传热系数： 管程流通面积： Si =4d2ns=40.0202101=0.0317m2管程流体流速： ui=wi3600Sii=113847.636000.0317995.7=1.0m2 = =1.5.2 壳程对流传热系数： 取换热器列管的中心距=壳程流通截面积为： = = 壳程流体流速及其雷诺数： = =当量直径： 雷诺数： = =12.67粘度校正，壳程煤油被冷却，取 = =1.5.3 总传热系数管壁热阻可忽略管内，外侧污垢热阻分别为： 总传热系数k0为： =330/m2 k =267.4 计算传热面积 实际传热面积 该换热器的面积裕度为： H=S-S1S1
8、100%=95.2-71.471.4100%=33% 传热面积裕度足够，能够完成生产任务。1.5.4 计算流体阻力 核算管程和壳程的压强降A 管程压力降公式： = 式中 ： =1.5 ， = 2, (内径)= =1 =3 =所以为湍流。管壁的粗糙度：= 0.1 得 关系 =0.032所以管程压力降为： = =4.4KPa15KPa 合格壳程压力降为：= Ft=1 NS=1 流体横过管束的压强降： f0=5.0Re-0.228=55158-0.228=0.71 F=0.5 nc=17 NB=32 = =流体通过折流板缺口的压强降 Pa ； = =所以壳程的压力降为： = =由上可知，管程和壳程压强降都能满足要求。2.换热器结构设计计算2.1 筒体的计算2.1.1 计算条件计算压力 Pc=1.0 MPa 设计温度 t=200 内径 Di=600 mm 选用的材料 Q345R 钢板负偏差 C1=0 钢板的腐蚀裕量 C2=3 mm 设计温度下的许用应力 t=183MPa试验温度下的屈服点 =345 MPa 焊接系数 =0.852.1.2 厚度的计算 计算厚度 = =1.060021830.85-1.0 =1.9 mm 设计厚度 =1.93 =4.9 mm 名义厚度 =4.9+0.1 =5 mm 有钢材标准规格，可取n=8 mm
