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

水

一．热力计算

1.换热量计算

2.冷却剂用量计算

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

查图

得ε∆t=0.85

传热面积估算：

取传热系数：K=450

取安全系数0.1：

4管径，管长，管数确定：

由流量确定管数：

煤油在管中的流速为0.8~1，取管程流体流速

A=38.13

n=20

N=4

常用换热管为与选用外径换热管。

管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出：

取管数

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4

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；分

程隔板两侧管心距

按下图作正方形排列

L=8m

布管限定圆

圆筒工程直

径

DN=400

选择布管限定圆直径

由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程直径

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：

计算压力

圆筒内径由选定的圆筒公称直径得

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

折流板间距

200mm

焊接接头系数

由于壳程流体为水，不会产生较严重的腐蚀，选取腐蚀yu量

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GB151—1999管壳式换热器得到包括污垢在内的，以换热管外表面积为基准的总传热系数K的计算公式:

管外流体给热系数:

查得定性温度下流体的粘度为

壁温下流体的粘度1004

查得壳程流体的普朗克数

查得水的导热系数

管内流体给热系数：

查得煤油的导热系数

查得煤油的密度

K=483

管内流体的流速

煤油的粘度

煤油的比热

换热管的内径

在总传热系数计算公式中，可看作

管外流体的污垢热阻

管内流体的污垢热阻

用外表面表示的管壁热阻

查GB151—1999管壳式换热器得换热管材料导热系数总传热系数：

初选K值为450

相对误差处于相对许可范围内

壁温计算：

假设

换热面积裕度：

换热面积裕度符合要求

压降计算：

(1)管程阻力计算：

沿程阻力可按下式计算

封头厚度

mm

8

=

δ

短节厚度

mm

8

=

δ

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：

管内为湍流。

用公式:

得

管内粘度校正因子取1.05

回弯阻力可由下式得到：

进出口接管阻力：

管箱深度

300mm

分程隔板厚

度

mm

8

=

δ

煤油进出口

管径

70mm

水进出口管

径

100mm

管程总阻力:

管程压降符合要求

壳程压降计算：

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：

[]c

t

i

c p D p 5.02-⋅=φσδ

MPa p c —设计压力，— mm D i —圆筒内径，—

[]MPa t —许用应力，—σ

φ——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

[]MPa t 189=σ

焊接接头系数取85.0=φ

mm 623.05

.05.085.01892400

5.0=⨯-⨯⨯⨯=

δ

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mm 8=δ 2. 管箱短节设计：

（1）管箱短节厚度设计：

管箱短节厚度与筒体厚度相同，mm 8=δ （2）管箱的最小内侧深度：

由GB150——1998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31

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300mm

3. 分程隔板：

由GB151——1999管壳式换热器得，分程隔板的最小厚度不应小于下表