U型管换热器设计说明书

流体流量进口温度出口温度压力

煤油10tℎ

⁄180℃40℃1MPa 水?tℎ

⁄20℃40℃0.5MPa 一．热力计算

1.换热量计算

Q=m1∙C p1∙(T1−T2)

=10000

3600

∙2100∙(180−40)

=817.32KJ/s 2.冷却剂用量计算

m2=

Q

C P2∙(t1−t2)

=

817.32∙1000 4183∙(40−20)

=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|=140℃

∆t2=|T2−t1|=20℃

∆t m′=∆t1−∆t2

ln

∆t1

∆t2

=

140−20

ln

140

20

=61.67

∆t m′——按纯逆流时计算的对数平均温差

∆t m=ε∆t∙∆t m′

ε∆t——温差矫正系数

ε∆t=φ（R.P）

R=热流体的温降

冷流体的温升

=

T1−T2

t1−t2

=

180−40

40−20

=7

P=

冷流体温升

两流体的初始温差

=

t2−t1

T1−t1

=

40−20

80−20

=0.16

查图

d o−−换热管外径,m

L=

38.13

20∙4∙π∙0.019

=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,不允许使用焊接钢管，故选择无缝冷拔钢管。

按照GB—151管壳式换热器1999选取常用管心距p i= 25mm；分程隔板两侧管心距p s=38mm

按下图作正方形排列

选择布管限定圆直径D L=D i−0.5d o=400−10=390mm

由布管限定圆从《GB151—1999》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：

δ=

p c∙D i

2|σ|tϕ−p c

δ−−圆筒计算厚度mm

p c−−计算压力，MPa

D i−−圆筒内径，mm

|σ|t−−设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa

ϕ−−焊接接头系数

计算压力p c=0.5MPa

圆筒内径由选定的圆筒公称直径得D i=400mm

设计温度下的圆筒材料的许用应力由选定的材料Q345R从

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mm 8=δ 二．接管管径设计：

1.煤油进出口管径：

进出口管径可由公式：

u V

d π4=

V ——液体的体积流量

u ——液体的流速

m d 07.0100347

.04=⨯⨯=π煤油

2.水进出口管径：

m d 1.091.000814.04水=⨯⨯=π 三．容器法兰选取及校核

由NB/T 47020——2012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=44.8MPa

1.垫片设计计算

垫片压紧力：

由《过程设备设计》查得下列公式计算垫片压紧力：

F a =πD

G by

F a ——预紧状态下，需要的最小垫片压紧力，N

b——垫片有效密封宽度，mm

D G ——垫片压紧力作用中心圆计算直径，mm ；

当密封基本宽度b o ≤6.4mm 时，

D G 等于垫片接触的平均直径

当密封基本宽度b o >6.4mm 时，

D G 等于垫片接触的外径减去2b

y——垫片压力比，MPa

由NB/T 47020—47027—2012查得垫片宽度N=22mm ，由此的垫片密封基本宽度b o =11mm ，垫片有效密封宽度b =2.53√b o =2.53×√11=8.39mm ，则D G =454−2×8.39=437.22mm

W =

A m +A b

2

[σ]b b. 操作状态螺栓设计载荷按下式计算：

W =W P

A m ——需要的螺栓总面积，mm 2 A b ——实际使用的螺栓总面积，mm 2

由所需螺栓直径和个数：

d o =√4A m

πn

d o ——螺纹根径或螺栓最小截面直径，mm

n——所需螺栓个数

此处需要确定直径与个数其中之一的数值，由筒体外径查NB/T 47020—47027—2012得螺栓使用个数为20

将其带入上式d o =√

4×2653π×20

=13mm

由NB/T 47020—47027—2012查得所用螺栓为M20 螺栓符合要求。 3.法兰选用与校核

（1）法兰的相关标注如下图

由NB/T47020—47027-2012查得长颈对焊法兰如下图所示：