化工原理课程设计1列管式换热器[1](2)

柴油的黏度小于常温水黏度的两倍，是低黏度液体，且是被冷却，所以

?i?0.023?1Re0.8Pr0.3?0.023?0.133?(22344)0.8?(11.93)0.3?970.2w/(m2·℃) d10.022．壳程对流传热系数αo 壳程流通截面积：

S?hD(1?do)?0.400?0.550?(1?2532)?0.0481m2t 壳程流速：

u原油/36002?w??50000/3600柴油S815?0.0481?0.354m/s 换热管为三角形排列，壳程的当量直径为

4(3t2??d230.0322?3.14d2)4?(??0.0252e?24)?d?2423.14?0.025?4?(8.87?4.91)?10?4/0.0785

?0.0202m雷诺数Reeu2?柴油2?d??0.0202?0.354?81523.0?10?3?1943， 普兰德数Prcp2?22.20?103?3.0?10?32???0.128?51.56，

2原油被加热，所以

?333o?0.36?20.55dRePr0.333???0.36?0.1280.0202?(1943)0.55?(51.56)0.?1.05e ?2.28?64.37?3.72?1.05?573.2w/(m2·℃)

3.污垢热阻

根据设计任务书，两侧的污垢热阻Rso=Rsi=1.72×10-4m2·℃/W。 4．总传热系数Ko

Ko?11;取管壁λw = 45w/(m·℃)

??R?bd0?Rdodsosi?o2?mdmdi?1di

K1o?1

573.2?1.72?10?4?0.0025?0.02545?0.0225?1.72?10?4?0.0250.0250.020?970.2?0.0206

0.001745?1.72?10?4=287.2w/( m2·℃)

A需要=Q/(Ko×Δtm)=1222222/(287.2×56.06)=75.91m2.

?1

?6.17?10?5?2.15?10?4?0.001288面积裕量：

A实际?A需要A需要?100%?88.55?75.91?100%?16.65%〉15%

75.91符合换热器设计规范的要求。 十二、压强降的计算 1．管程压强降

已知管程直管的绝对粗糙度ε=0.1mm，则ε/d1=0.1/20=0.005，雷诺准数

Re1?d1u1?柴油?1?22344，查摩擦系数图1-28，得到λ=0.035，所以，每程直管的压

2L?柴油u16715?12降：?p1???0.035???3753.75Pa；

d120.0202柴油在每管程中局部阻力导致的压强降按经验公式计算如下：

?p2?3??柴油u122715?12?3??1072.5Pa；

2一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。

对于Φ25×2.5的换热管，结垢校正系数Ft=1.4；因为是单壳程、四管程的换热器，所以Ns=1，Np=4；

??pi?(?p1??p2)?Ft?NP?Ns?(3753.75?1072.5)?1.4?4?1?27027Pa<30000Pa,

符合任务书的要求。 2．壳程压强降

流体横过管束的压强降：

管子排列方法对压强降的校正因数F=0.5(正三角形排列)； 壳程流体的摩擦系数fo，当Re2〉500时，fo=5.0×Re2-0.228=5.0×1943-0.228=0.89； 横过管束中心线的管子数nc=15； 折流板数NB=14；

壳程流速u2=0.354m/s； ρ原油=815kg/m3

?p1?Ffonc(NB?1)'?原油u222815?0.3542=5113Pa； ?0.5?0.89?15?(14?1)?2流体通过折流板缺口的压强降: 折流板间距h=400mm=0.400m； 壳体内径D=550mm=0.550m

2h?原油u22?0.400815?0.3542 ?p2?NB(3.5?)=1462Pa ?14?(3.5?)?D20.5502'2 7

一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。 壳程总压降：

对于液体壳程压强降的结垢校正系数Fs=1.15； 壳程数Ns=1

??po?(?p1??p2)?Fs?Ns?(5113?1462)?1.15?1=7561Pa<30000Pa. 符合任务

''书的要求。

十三、主要附件的选择

1．接管及法兰的选型 1）管口A

管口A为柴油出口。 ①接管管径的确定：

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流量为38000kg/h，密度为715 kg/m，相当于q=38000/715/3600=0.01476m/s。柴油为低粘度流体，在接管中的合理流速u=1——2m/s。本设计取u=1m/s。则接管的内径=

4q???u4?0.01476=0.1371m=137mm。接管的外径选择为159mm，壁厚选

3.14?1择为4.5mm，材质为20钢，每米管子的重量17.14kg（GB-T 17395-1998 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差）。

②接管长度的选择：

接管的长度L选择150mm，则重量为2.6kg。 接管的标记：接管 Φ159×4.5 L=150 ③接管法兰的选择： 查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表14-5，接管外径dH=159mm的板式平焊钢制管法兰的公称通径DN=150mm。选择公称压力PN=0.6MPa的突面法兰，材料为Q235-A，标记为：HG20592 法兰 PL 150(B)-0.6 RF Q235-A。重量为5.14kg。 该法兰有8个均布在外周的螺孔，使用8个M16螺栓、螺母、垫片与工艺管道连接。

2）管口B

管口B为原油出口。原油的流量为50000kg/h，密度为815 kg/m3，相当于q=50000/815/3600=0.01704m3/s。原油在接管中的合理流速u=1——2m/s。本设计取u=1m/s。则接管的内径=

4q???u4?0.01704=0.147m=147mm。选择接管的外径、

3.14?1壁厚、材质、长度和接管法兰都与管口A的相同。

3）管口C

管口C为排气口。 ①接管管径的确定： 接管的外径选择32mm，壁厚选择为3.5mm，材质为20钢，每米管子的重量2.46kg（GB-T 17395-1998 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差）。

②接管长度的选择：

接管的长度L选择150mm，则重量为0.369kg。 接管的标记：接管 Φ32×3.5 L=150 ③接管法兰的选择：

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查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表14-5，接管外径dH=32mm的板式平焊钢制管法兰的公称通径DN=25mm。选择公称压力PN=0.6MPa的突面法兰，材料为Q235-A，标记为：HG20592 法兰 PL 25(B)-0.6 RF Q235-A。

该法兰有4个均布在外周的螺孔，使用4个M10螺栓、螺母、垫片与配套的法兰盖装配。

4）管口D

管口D为原油进口。接管、法兰与管口A和B的完全相同。 5）管口E

管口E为排污口。 ①接管管径的确定：

接管的外径选择57mm，壁厚选择为3.5mm，材质为20钢，每米管子的重量4.62kg。

②接管长度的选择：

接管的长度L选择150mm，则重量为0.693kg。 接管的标记：接管 Φ57×3.5 L=150 ③接管法兰的选择： 查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表14-5，接管外径dH=57mm的板式平焊钢制管法兰的公称通径DN=50mm。选择公称压力PN=0.6MPa的突面法兰，材料为Q235-A，标记为：HG20592 法兰 PL 50(B)-0.6 RF Q235-A。重量为1.51kg。 该法兰有4个均布在外周的螺孔，使用4个M12螺栓、螺母、垫片与配套的法兰盖装配。

6）管口F

管口F为柴油进口。接管、法兰与管口A、B和D的完全相同。

2．左管板的选型 1）管板厚度：

《化工设备机械基础》(化学工业出版社，2008)中有表16-8 管板厚度表。管板的设计压力为管、壳程设计压力中的大者。当设计压力小于1MPa时，取为1MPa；表中的设备壳体内径×壁厚最接近本课程设计值的是600×8；管、壳程的温度差=151.66-86=65.66℃；根据上述的设计压力、壳体内径×壁厚以及温度差，查表得管板的厚度δ=42mm。管板材料为16Mn（锻件）。

2）管板形状：

管板同时起到法兰的作用，密封面为凸面，可以和管箱的法兰(密封面为凹面)连接。管板直径与管箱法兰的相同，为665mm。外周均布24个Φ18螺孔，管板重量约为：

???(?0.6652?188??0.0252?24??0.0182)?0.042?7800=82kg。 444管板的大致形状如下图.

9

Φ Φ Φ Φ Φ

3）管板的开孔

① 开孔和管程隔板密封槽分布情况：

左管板共有188个安装换热管的开孔和8个拉杆安装孔以及2道管程隔板密

封槽（见设备图）。

② 安装换热管的开孔尺寸： 为了便于在管板上焊接换热管，开孔的孔径比换热管的外径大0.4 mm,即Φ25.4 mm。开孔形状见设备图。

（或者:为了便于在管板上胀接换热管，开孔的孔径比换热管的外径大0.3 mm,即Φ25.3mm。开孔内表面有两道环向的槽，槽深0.5mm。管板开孔形状和内表面环向槽的位置、尺寸见下图：

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