换热器的设计46259

武汉工程大学化工机械专业毕业设计

列管式换热器设计

专业班级

学号

指导教师

成绩

列管式换热器设计

摘要

化工设备课程设计是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去完成某一设备设计任务的一次训练。

本次的设计的内容是水—CO2列管式固定管板换热器的设计。这方面的知识虽然我们在大三上学期进行了理论课的学习，但是了解和掌握的东西仍然很有限。在这次的课程设计，通过热量衡算，工艺计算，结构设计和校核等一系列工作，我们基本上完成了设计任务，也让我明白了怎么应用所学的化工设备知识，结合我们所掌握的其他相关学科的知识、计算机技术、参照相关的书籍文献等去解决实际的设计问题。并且通过在设计过程中，不断的发现问题解决问题，使我们能够更加熟练的运用这些知识与技能。这些经验的积累是对课堂学习的巩固和拓展，也是一次宝贵的经验积累。

当然在整个设计过程种，也离不开老师的悉心指导和同组各位组员的同心协力。在我们的实践过程中，通过小组各位组员的分工合作和相互配合，我们才能比较顺利的完成各个时段的工作，在遇到问题时，我们能够一起参与讨论，通过查阅资料、咨询老师等来解决。虽然在这个过程中，我们有发生过计算失误而重头开始计算，有过发现画图过程中的设计缺陷而重新设计等等问题，但这不但没有让我们知难而退，反而让我们更加深刻的认识到科学设计中所应该持有的严谨务实的态度的重要性。这些宝贵经验的积累，对我们今后的学习工作也一定会有很大的帮助。

关键词:结构设计,工艺计算

目录

第一章设计条件 (3)

第二章换热器结构设计 (3)

2.1管子数计算 (3)

2.2排列方式确定 (3)

2.3壳体直径确定 (4)

2.4壳体壁厚计算 (5)

2.5管板尺寸确定 (5)

2.6封头尺寸确定 (6)

2.7容器法兰选择 (6)

2.8管子拉脱力计算 (6)

2.9折流板计算 (8)

2.10支座确定 (9)

第三章换热器主要结构尺寸和计算结果列表 (9)

参考文献 (11)

致谢 (12)

第一章 设计条件

1.1已知条件：

（1）气体工作压力：管程：CO 2 压力1.5MPa ，进口温度100C ︒ , 出口温度60C ︒ 壳程：冷却水 ， 压力1.0MPa ， 进口温度20C ︒ , 出口温度50C ︒ (2)C t ︒=-=∆50501001 C t ︒=-=∆4020602

C t t t t t ︒=-=∆∆∆-Λ=

∆444050

ln 40

50ln 2

1

21 33.1205060

1002121=--=--=

t t T T R 375.020

10020

501112=--=--=

t T t t P 经查得91.0=Φt

C C t t t m ︒=︒⨯=∆⨯Φ=∆404491.0

壳、管壁温差 40C .，s t t t >。

（3）由工艺计算求得换热面积为402m 。

第二章 结构设计

2.１管子数

n ：选5.225⨯Φ的无缝钢管，材质２０号钢，管长4.5m

ΘS n =n d n L 均π

L d n 均πSn =

∴=5

.40225.0400

⨯⨯π=126根 其中因安排拉杆需增加６根，实际空数120个。

2.2管子排列方式，管间距确定

管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和正方形错列。

a .正三角形错列

b .正方形直列

c .正方形列列

正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形错 列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。

本设计采用正三角形排列，经查得层数为13层。取管间距a=32mm ，如图1-1

图1-1 排管图

2.3换热器壳体直径的确定

壳体内径为

l b a D i 2)1(+-=

式中i D ——换热器内径；

b ——正六角形对角线上的管子数，查得b=13

l ——最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取l=20d .

4842522)113(32=⨯⨯+-⨯=i D

取壳体内径mm D i 500=。

2.4换热器壳体壁厚的计算

材料选用Q235，计算壁厚为

[]P

PD n t

i

-=

ϕσδ2+C

式中P ——设计压力，取P=1.25MPa;

i D =500mm

85.0=ϕ;

[]MPa 113=σ

n δ=

5.325

.185.01132500

25.1+-⨯⨯⨯

=6.77mm

圆整后实取n δ =7mm.

2.5管板尺寸确定

选用固定式换热器管板，并兼作法兰。由《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》4.11.7节，查得2/16cm kgf P P s t ==（1.6MPa ）(取管板的公称压力为16 kgf/2cm )的碳钢管板尺寸。

2.6换热器封头选择

上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB1154-73标准，封头为8500⨯DN ，曲面高度mm h 1251=，直边高度,252mm h =材料选用20钢

2.7容器法兰的选择

材料：16MnR

根据JB1160-82标准，选用500DN ,)(6.1MPa P N 的突面密封面甲型平焊法兰。法兰尺寸如图1-3所示。

图1-3 法兰