换热器0415409

一、设计题目：

石油裂解制汽油冷凝器的设计

二、设计任务及操作条件

1、处理能力：10万吨/年汽油

2、设备形式：列管式换热器

3、操作条件

（1）汽油：入口温度303℃，出口温度40℃。

（2）冷却介质：自来水，入口温度25℃。

（3）允许压强降：不大于100 kPa。

（4）每年按300天计，每天24小时连续运行。

（5）所有用到的物性数据必须标明出处。

三、选择适宜的列管式换热器并进行核算

3.1 设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。

3.2 U形膨胀节计算

3.3 管壳式换热器零部件结构

3.4 成本核算

四、绘制换热器装配图（A4图纸）

五. 设计日期：2017年12月10日之前

1. 确定流体的定性温度、物性数据

冷却介质为自来水，取入口温度为：25℃，按照10℃温升计算，出口温度为：35℃。则

汽油定性温度：2/)40303(m +=T =171.5℃ 自来水定性温度：=+=2/)5525(t m 30℃ 则=m m t -T 141.5℃

根据定性温度，查取壳程和管程流体的有关物性数据

2.计算热负荷

==24/300/100000000*1s m 1388.89KG/h

=-=∆=3600/)40303(*1000*24.2*89.13888m T c Q p s 2251234.748W

=-----=-----=

∆))

2540/()35303ln(()

2540()35303())/()ln(()()(12211221t T t T t T t T t m 87.87℃

据化工原理上册（谭天恩版）P147表5-6得K 取800-1800

1*2m */--K W K 。即K ≈10001*2m */--K W K 。换热面积为：

==∆=

87

.87*1000748

.2251234tm K Q F 25.622m 3.计算管子数n

因为：==∏=

3

*0225.0*14.362

.25d l F n 均121（根） 所以选Ф25*2.5的无缝钢管，材质20号钢，管长3米。 4. 管子排列方式，管间距的确定

根据《化工设备机械基础》（第七版、俞建良版）P210表7-5、7-6查得：层数为6层，管间距a=32mm 。 5. 换热器壳体直径的确定

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

Di ：换热器内径，mm ；

b ：正六角形对角线上的管子数，查表7-4，b=13； L:最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取l=2d 。 故 25*2*2113*322)1(i +-=+-=）（l b a D =484mm 圆整后取壳体内径Di=500mm 。 6. 换热器壳体壁厚的计算

材料选用Q245R 钢板，计算壁厚为：Pc

PcDi

t

-Φ=)(2σσ 试中：

Pc:计算压力，取pc =1.0MPa Di=500mm ；φ=0.85；

t )(σ=108MPa （设壳壁温度为300℃）

则：Pc

PcDi

t -Φ=

)(2σσ=2.73mm,取C2=1.2mm ；则C1=0.3mm 。圆整后

取换热器壳体壁厚5mm 。 7.热器封头的选择

上下封头均选用标准椭圆形封头，根据GB/T 25198《压力容器封头》，封头为DN500×5，曲面高度h1=150mm，直边高度h2=20mm，，材料选用Q245R。

8.容器法兰的选择

材料选用Q345R。根据NB/T47023-2012标准，选用DN1000，PN1.6MPa的榫槽密封面长颈对焊法兰。

9.管板尺寸的确定

选用固定式换热器管板，并兼作法兰，查相关标准得

pt=ps=1.6MPa（取管板的公称压力为1.6MPa）的碳钢管板尺寸。10.管子拉托力的计算

计算数据按下表选取

操作压力/MPa 0.7 0.68 材质20钢Q245R

α:线膨胀系数/（1/℃）13.24×6

10-

10-13.24×6 E:弹性模量/MPa 0.178×6

10

100.178×6许用应力/MPa 98 98 尺寸/mm φ25×2.5×3000 φ1200×8

管子根数778

管间距/mm 32

管壳壁温差/℃Δt=141.5

管子与管板的连接方式开槽胀接

胀接长度/mm

L=50

（1）在操作压力下，管子每平方米胀接周边上所受到的力

l

d pf

q p 0∏=

，计算得： f=3962mm , p=0.7MPa, l=50mm, =p q 0.07MPa （2）温差应力导致管子每平方米胀接周边上所受到的力

l

d d d q i t t 02204)

(-=

σ，其中s

t s t A A t t E +-=

1)

(t ασ；n s δ中D A ∏==π*505*5=7928.52mm ；

=-∏=

n d d At i )(4

22

021371.625； 则：s t A A t E +∆=1)

(t ασ=90.22MPa ； =t q （90.22*（25*25-20*20））

/4/25/50=4.1MPa;

由已知条件可知，q p 与q t 的作用方向相同，都使管子受压，则管子的拉脱力：即q p +q t <1.6MPa,因此，拉脱力在许用范围内。 11.计算是否安装膨胀节

管壳壁温差所产生的轴向力F1： F 1=

αE t t −t s

A s +A t

A s A t =1928517.95 力作用于壳体上的轴向力F2： F 2=

QA s A s +A t

,其中Q =

π4

[ D i

2−nd 02

p s +n(d 0−2δt )2p t =152455N F 2=

QA s A s +A t

=41253.7N

则：压力作用于管子上的轴向力F3：=+=

s

t A A QA F t

3111201N