1、E101 換熱器設(shè)計(jì)1.1 換熱器類型換熱器選型時需要考慮的因素許多,主要是流體的性質(zhì)；壓力、溫度及答應(yīng)壓 力降得范疇；對清洗、修理的要求；材料價格；使用壽命等；換熱器種類許多,按熱量交換原理和方式,可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類；間壁式換熱器有夾套式、管式和板式換熱器；管殼式換熱器又稱列管式換熱器,該類換熱器具有牢靠性高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn),在 各工業(yè)領(lǐng)域中得到最廣泛的應(yīng)用；近年來,盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn),但 反過來也促進(jìn)其自身的進(jìn)展；在換熱器向高參數(shù)、大型化進(jìn)展的今日,管殼式換熱 器仍占主導(dǎo)位置；列管式換熱器可依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分為固定管板式、浮頭式、U 形管式、填料 函式和釜式重沸器

2、五類；各類換熱器特性如下表；表 1 管殼式換熱器特性相分類名稱特性對耗用金費(fèi)屬kg/m3用使用廣泛；殼程不易清洗,管殼兩物固定管料溫差大于60 時應(yīng)設(shè)膨脹節(jié),最大1.030板式使用溫差不應(yīng)大于 60 殼程易清洗；管殼兩物料溫差可大于管殼式浮頭式120 ；內(nèi)墊片易滲漏1.2246換熱器調(diào)料函優(yōu)缺點(diǎn)同浮頭式；造價高,不宜制造1.28式 大直徑設(shè)備制造安裝便利,造價較低；管程耐高U形管式壓；結(jié)構(gòu)不緊湊,管子不易更換,不1.01易機(jī)械清洗列管換熱器中常用的是固定管板式和浮頭式兩種；一般要依據(jù)物流的性質(zhì)、流量、腐蝕性、答應(yīng)壓降、操作溫度與壓力、結(jié)垢情形和檢修清洗等要素打算選用列管換熱器的型式；從經(jīng)濟(jì)角度

3、看,只要工藝條件答應(yīng),應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用固定管板式換熱器；但遇到以下兩種情形時,應(yīng)選用浮頭式換熱器；殼壁與管壁的溫差超過70 ；壁溫相差5070 ；而殼程流體壓力大于0.6 MPa時,不宜采納有波形膨脹節(jié)的固定管板式換熱器；殼程流體易結(jié)垢或腐蝕性強(qiáng)時不能采納固定管板式換熱器；綜合考慮本次設(shè)計(jì)任務(wù)及制造、經(jīng)濟(jì)等個方面,本次設(shè)計(jì)主要采納浮頭式和固定管板式換熱器；依據(jù)工藝條件,熱蒸汽使用 125 （ 5 bar）和 175 （ 7.0 bar）的飽和蒸汽,作為熱公用工程；同時,挑選溫度為 20 的冷卻水作為冷公用工程；一般情形下冷卻水出口溫度不高于 60 ,防止結(jié)垢嚴(yán)峻, 高溫端的溫差不應(yīng)小于 20 ,低

4、溫端的溫差不應(yīng)小于 5；當(dāng)在兩工藝物流之間進(jìn)行換熱時,低溫端的溫差不應(yīng)小于 20 ；當(dāng)采納多管程、 單殼程的管殼式換熱器,并且用水作為冷卻劑時,冷卻水的出口溫度不應(yīng)高于工藝物流的出口溫度；此外,部分物流溫度要掌握在5 左右,選用氨作為制冷劑；對于高溫物流一般走管程,從而節(jié)約保溫層和削減殼體厚度,但是有時為了物料 的散熱,增強(qiáng)冷卻成效,也可以使高溫流體走殼程；對于壓力較高的物流應(yīng)當(dāng)走管 程；粘度較大的流體應(yīng)當(dāng)走殼程,在殼程可以得到較高的傳熱系數(shù)；對于壓力降有 特定要求的工藝物流應(yīng)走管程,因管程的傳熱系數(shù)和壓降運(yùn)算誤差較小；流量較小 的物流應(yīng)走殼程,易使物流形成湍流狀態(tài),從而增加傳熱系數(shù)；對于具有

5、腐蝕性的 物流走管程,否就對殼程和管程都會造成腐蝕；對于有毒流體宜走管程,使泄漏機(jī) 會削減；1.2 換熱管規(guī)格一般換熱管有表 6-34 中幾種規(guī)格供應(yīng)參考；表 2 換熱管規(guī)格表管子規(guī)格 /mm材料換熱管標(biāo)準(zhǔn)外徑壁厚 143022.5碳鋼GB/T 8163 30502.53低合金鋼GB 9948573.5不銹鋼GB 13296 1430 1.02.0GB 9948 3050 2.03.0GB/T 14976 57 34鋁GB/T 689336502.03.5鋁合金 505510銅GB/T 15271.03.0111819301012 1218銅合金GB/T 88901.03.0 1825 252

6、81030鈦GB/T 3625 30400.52.5鈦合金 4050在挑選管道規(guī)格時,通常選用19 mm 的管子；對于易結(jié)垢的物料,為便利清洗,采納外徑 25 mm 或 38 mm 的管子；對于有氣液兩相流的工藝物流或者物流流量較大工藝物流,一般選用較大的管徑；2）管長在滿意設(shè)計(jì)要求的前提下,盡量選用較短的管子,以降低壓降；3）管程數(shù)隨著管程數(shù)增加,管內(nèi)流速和傳熱系數(shù)均相應(yīng)的增加,因此一般選在 12 或者 4 管程,不宜選用太高的管程數(shù),以免壓力降過大；4）換熱管中心距管心距為管徑的1.251.5倍,常用換熱管中心距一般依據(jù)表6-35 選??；表 3 換熱管中心距 /mm換熱管外徑1925323

7、8換熱管中心距25324048分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距384452605）排列方式正三角形排列更為緊湊,管外流體的湍動程度高,給熱系數(shù)大,而正方形排列的管束清洗便利,對易結(jié)垢流體更為適用, 如將管束旋轉(zhuǎn)6）折流板45 放置,也可提高給熱系數(shù)；折流板可以轉(zhuǎn)變殼程流體的方向,使其垂直于管束流淌,獲得較好的傳熱成效；表 4 折流板間距 /mm公稱直徑管長折流板間距 500 30001002003004506004500-6000600-8001500-6000150200300450600900-1300 60002003004506007500,90007501400-1600600030045

8、06007507500,90001700-18006000-9000450600750依據(jù)表6-36 中的數(shù)據(jù),可以確定折流板數(shù)目；對于DN500 mm,挑選一對；對于DN500 1000 mm,挑選兩對；對于7）裕量DN 1000 mm,挑選三對以上；對于工藝物流間的換熱, 留有 40% . 50%的裕量；對于工藝物流與公用工程間的換熱,留有 15% . 25%的裕量；2.1換熱器的選型運(yùn)算2.1.1設(shè)計(jì)條件的確定表 1 操作參數(shù)參數(shù)操作條件介質(zhì)管程殼程熱物料冷物料物流名稱脫丙烷塔冷凝液預(yù)熱器 E0101質(zhì)量流量 / （kg/h ）675000675000進(jìn)口溫度/ 62-42出口溫度/ -

9、10-10進(jìn)口壓力 /MPa0.132.1出口壓力 /MPa0.012.02.1.2確定主要物性數(shù)據(jù)殼程的定性溫度為：管程的定性溫度為流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)1）殼程凝液在定性溫度 t 下的物性數(shù)：據(jù)熱導(dǎo)率：C 0 . 1588 W m . K 粘 度：C 9 . 9 10 5 P a . s 比熱：C pc 2 . 669 kj / kg . k 3密度：pc 493 kg / m2）管程流體在定性溫度 T 下的物性數(shù)據(jù)：熱導(dǎo)率：b 0 . 01811 w / m . k 7粘度：b 86 . 61 10 pa . s比熱：C pb .1 693 kj / kg . kj 3密度：pb 1 . 82

10、6 kg / m2.2 工藝過程計(jì)1）熱流量 Q由公式可以確定此換熱器所通過的熱流量為2）運(yùn)算平均傳熱溫差 T 1t2T 2t1104tmlnT 1t2其中：T 2t13）換熱面積的運(yùn)算其中：殼程流體的熱導(dǎo)率,W/mK；d 當(dāng)量直徑,m ；Re 管外流淌雷諾數(shù)；Pr 流體在定性溫度下的普朗特?cái)?shù)；流體在定性溫度下的粘度,Pa s；w 流體在壁溫下的粘度,Pa s；由上式可求得 A Q 3 . 4 10 7216 . 8 m 2Kt m 104 1507得出了換熱面積為 216.8m2；依據(jù)以上進(jìn)出口溫度參數(shù)及平均傳熱溫差,挑選浮頭是換熱器；參閱相關(guān)化工與石油化工單元設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) 熱器型式與基本參數(shù) ,初步選定換熱器換熱面積為JBT 4715-92固定管板式式換 216.8m 2,其中公稱直徑DN=1000mm ,傳熱管規(guī)格為 25x2mm,傳熱管總長 L=4500mm,傳熱管排管數(shù) N T為 1267根,中心排管數(shù)為 39,折流板間距為 450mm,換熱器長為 7.37m；4）傳熱管排列方式及管心距傳熱管按正三角形排列,如下列圖；依據(jù) 距 t 為 31.25mm；25 2mm 的傳熱管規(guī)格,取常用的管心圖 1 傳熱管正三角形排列方式5）殼體內(nèi)徑換熱器殼體內(nèi)徑取決于傳熱管數(shù)、