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煤油冷卻器的設(shè)計
化工原理課程
設(shè)計說明書
設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計
學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院
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一．列管式換熱器設(shè)計任務(wù)書
二．列管式換熱器設(shè)計書
1.概述
2.設(shè)計原則
(1)流體通道的選擇 （2）流體流速的選擇
(3)流體兩端溫度的確定（4）管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定
（5）管程、殼程數(shù)的確定（6）折流板
（7）換熱器中傳熱與流體流動阻力計算
3．列管式換熱器的選用和設(shè)計的一般步驟
4．初步設(shè)計方案
5. 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算
(1)管徑和管內(nèi)流速 (2) 管程數(shù)和傳熱管數(shù)
(3)傳熱管的排列和分程方法(4) 殼體內(nèi)徑(5) 折流板(6) 折流板
6.換熱器核算
（1）熱流量核算 （2）核算壓強降 （3）管板厚度計算
（4）膨脹節(jié)計算 （5）零部件結(jié)構(gòu)的選取
三．附表 表一：固定管板式換熱器的基本參數(shù)
表二：常用固定管板式換熱器的傳熱系數(shù)的范圍
表三：常用體流的污垢熱阻
四．參考文獻(xiàn)
五．心得體會
列管式換熱器設(shè)計任務(wù)書
一 設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計
二 設(shè)計任務(wù)及操作條件
1.處理能力：15萬噸/年煤油
2設(shè)備形式：列管式換熱器
3.操作條件
（1） 煤油：入口溫度130℃，出口溫度50℃
（2） 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度25℃，出口溫度45℃
（3） 允許壓強降：不大于100kPa
（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×
10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.℃)
（5） 每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行
三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算
3.1 傳熱計算
3.2 管、殼程流體阻力計算
3.3管板厚度計算
3.4 U形膨脹節(jié)計算（浮頭式換熱器除外）
3.5 管束振動
3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)
四 繪制換熱器裝配圖（A1圖紙）
五．參考文獻(xiàn)
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[3] 刁玉瑋,王立業(yè). 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第五版）[M]. 大連：大連
理工大學(xué)出版社, 2000
[4] 大連理工大學(xué)化工原理教研室．化工原理課程設(shè)計[M]. 大連：
大連理工大學(xué)出版社，1996
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[6] 婁愛娟,吳志泉. 化工設(shè)計[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2002
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[8] 王靜康. 化工設(shè)計[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版，1998
[9] 傅啟民. 化工設(shè)計[M]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000
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[11] GB 151-1999管殼式換熱器
[12] JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)
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[14] 蘭州石油機械研究所. 換熱器[M]. 北京：烴加工出版社，1986
列管式換熱器設(shè)計書
一． 概 述
在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱熱換器。在熱換器中至少需要兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體溫度較低，吸收熱量。
在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。
隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的作用和地位的不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。
列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種：
1.固定管板式換熱器：
這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全
起見，換熱器應(yīng)有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過600kpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔�，就�?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。
2．填料函式換熱器：
這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。
3．U型管式換熱器：
U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。
4．浮頭式換熱器：
換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。
二．設(shè)計原則
（1）流體通道的選擇
流體通道的選擇可參考以下原則進(jìn)行：
1.不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子；
2.腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗；
3.高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量；
4.飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程；
5.被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強冷卻效果；
6.有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；
7.粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動時，由于流體流向和流速不斷改變，在很低的雷諾數(shù)（Re
件下，將上述流體通入多管程中也可得到較高的對流傳熱系數(shù)。 在選擇流體通道時，以上各點常常不能兼顧，在實際選擇時應(yīng)抓住主要矛盾。如首先要考慮流體的壓力、腐蝕性和清洗等要求，然后再校核對流傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)等，以便作出合理的選擇。
(2)流體流速的選擇
換熱器中流體流速的增加，可使對流傳熱系數(shù)增加，有利于減少污垢在管子表面沉積的可能性，即降低污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大。然而流速的增加又使流體流動阻力增大，動力消耗增大。因此，適宜的流體流速需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算來確定。充分利用系統(tǒng)動力設(shè)備的允許壓降來提高流速是換熱器設(shè)計的一個重要原則。在選擇流體流速時，除了經(jīng)濟(jì)核算以外，還應(yīng)考慮換熱器結(jié)構(gòu)上的要求。
(3)流體兩端溫度的確定
若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問題。
(4)管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定
小直徑管子能使單位體積的傳熱面積大，因而在同樣體積內(nèi)可布置更多的傳熱面。或者說，當(dāng)傳熱面積一定時，采用小管徑可使管子長度縮短，增強傳熱，易于清洗。但是減小管徑將使流動阻力增加，容易積垢。對于不清潔、易結(jié)垢或粘度較大的流體，宜采用較大的管徑。因此，管徑的選擇要視所用材料和操作條件而定，總的趨向是采用小直徑管子。
管長的選擇是以合理使用管材和清洗方便為原則。國產(chǎn)管材的長
度一般為6m，因此管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中換熱管的長度分為1.5、2、3或6m幾種，常用3m或6m的規(guī)格。長管不易清洗，且易彎曲。此外，管長L與殼體D的比例應(yīng)適當(dāng)，一般L/D=4～6。
管子的排列方式有等邊三角形、正方形直列和正方形錯列三種。等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，對流傳熱系數(shù)大；正方形直列比較松散，對流傳熱系數(shù)較三角形排列時低，但管外壁清洗方便，適用于殼程流體易結(jié)垢的場合；正方形錯列則介于上述兩者之間，對流傳熱系數(shù)較直列高。
換熱器殼體內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于管板的直徑。通常是根據(jù)管徑、管數(shù)、管間距及管子的排列方式用作圖法確定。
(5)管程和殼程數(shù)的確定
當(dāng)流體的流量較小而所需的傳熱面積較大時，需要管數(shù)很多，這可能會使流速降低，對流傳熱系數(shù)減小。為了提高流速，可采用多管程。但是管程數(shù)過多將導(dǎo)致流動阻力增大，平均溫差下降，同時由于隔板占據(jù)一定面積，使管板上可利用的面積減少。設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。采用多管程時，一般應(yīng)使各程管數(shù)大致相同。
(6)折流板
折流板又稱折流擋板，安裝折流板的目的是為了提高殼程流體的對流傳熱系數(shù)。其常用型式有弓形折流板、圓盤形折流板以及螺旋折流板等。常用型式為弓形折流板。折流板的形狀和間距對殼程流體的流動和傳熱具有重要影響。
(7)換熱器中傳熱與流體流動阻力計算
有關(guān)列管式換熱器的傳熱計算可按已選定的結(jié)構(gòu)型式,根據(jù)傳熱過程各個環(huán)節(jié)分別計算出兩側(cè)流體的對流傳熱熱阻及導(dǎo)熱熱阻，得到總傳熱系數(shù)，再按公式進(jìn)行換熱器傳熱計算。列管式換熱器中流動阻力計算應(yīng)按殼程和管程兩個方面分別進(jìn)行。它與換熱器的結(jié)構(gòu)型式和流體特性有關(guān)，一般對特定型式換熱器可按經(jīng)驗方程計算。
三．列管式換熱器的選用和設(shè)計的一般步驟
列管式換熱器的選用和設(shè)計計算步驟基本上是一致的，其基本步驟如下：
1．估算傳熱面積，初選換熱器型號 （1） 根據(jù)傳熱任務(wù)，計算傳熱速率；
（2） 確定流體在換熱器中兩端的溫度，并按定性溫度計算流體物性； （3） 計算傳熱溫差，并根據(jù)溫差修正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫； （4） 根據(jù)兩流體的溫差，確定換熱器的型式； （5） 選擇流體在換熱器中的通道；
（6） 依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，估取總傳熱系數(shù)值； （7） 依據(jù)傳熱基本方程，估算傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇換熱器的規(guī)格；
（8） 選擇流體的流速，確定換熱器的管程數(shù)和折流板間距。 2．計算管程和殼程流體的流動阻力
根據(jù)初選的設(shè)備規(guī)格，計算管程和殼程流體的流動阻力。檢查計算結(jié)果是否合理和滿足工藝要求。若不符合要求，再調(diào)整管程數(shù)或折
流板間距，或選擇其他型號的換熱器，重新計算流動阻力，直到滿足要求為止。
3．計算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積
計算管程、殼程的對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計算傳熱系數(shù)和所需的傳熱面積。一般選用換熱器的實際傳熱面積比計算所需傳熱面積大10%～25%，否則另設(shè)總傳熱系數(shù)，另選換熱器，返回第一步，重新進(jìn)行校核計算。
上述步驟為一般原則，可視具體情況作適當(dāng)調(diào)整，對設(shè)計結(jié)果應(yīng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不合理處要反復(fù)計算。
四．初步設(shè)計方案 1.選擇換熱器的類型
兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度130℃ 出口溫度50℃；冷流體進(jìn)口溫度25℃，出口溫度為45℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 2.管程安排
由于水的對流傳熱系數(shù)一般較大，且水較易結(jié)垢，所以應(yīng)使冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。 3.確定物性數(shù)據(jù)
因為水為低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均
值。故其定性溫度為：t=物性數(shù)據(jù)如下：
密度
45?25
=35℃。查表得水在35℃時的有關(guān)2
994kg/m3，黏度 0.727×10-3Pa.s，比熱容
4.187kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.626W/(m.℃). 煤油的定性溫度為t=性數(shù)據(jù)如下：
密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.℃)。 4.計算相關(guān)的物理量 （1）煤油流量
Wh=15×10000×1000/(330×24×3600)=5.261㎏/s
130?50
=90℃，查表得煤油在90℃時的有關(guān)物2
(2)熱負(fù)荷
Q=whcph(T1?T2)=5.261×2.22×1000×(130－50)=934343 W （3）冷卻水流量
934343?3600Q
?40168 ㎏/h WC==3
cpc(t2?t1)4.187?10?(45?25)
(4)計算兩流體的平均溫度差 暫按單殼程、多管程進(jìn)行計算。
?tm
/
?t2??t1(130?45)?(50?25)
?49.0oC = ln?t2=130?451ln
50?25
t2?t145?25T1?T2130?50
?0.19?4 而P＝=,R＝=
45?25T1?t1130?25t2?t1
?查表得：?t =0.87，所以
/??t?t△t =×m=0.87×49.0=42.63 ℃
m
（5）計算傳熱面積 假設(shè)K=300 W/(m.℃)，故
934343Q
S?==73.1 ㎡
K?tm300?42.63
五．工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算
1．管徑和管內(nèi)流速 選用的是Φ25×2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)水的流速u=0.7m/s。 2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)
ns=
V
4
?
2
diu
40168/(3600?994)
≈51根
0.785?0.022?0.7
按單程計算所需傳熱管的長度
S73.1L???18.3 m
?dons3.14?0.025?51
單程管計算，傳熱管過長，采用多管程結(jié)構(gòu)。取L=4.5m，則換熱器的程數(shù)為
Np?L/l=18.3/4.5≈4
所以傳熱管總根數(shù)N=4×51=204 根 3.傳熱管的排列和分程方法
采用組合排列方法，即每程內(nèi)均按正三角形排列。取管心距t=1.25do，則
t=1.25×25=31.25≈32 mm 橫過管束中心的管數(shù)為
nc?1.N?1.1?204=16 根 4.殼體內(nèi)徑
采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率?=0.7，則殼體內(nèi)徑為 D=1.05tN/??1.05?204/0.7t=573.6 mm 可取整殼體公稱直徑D=600mm。 5.折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為
h=0.25×600=150mm
取折流板間距B=0.4D B=0.4×600=240 mm， 則可取擋板間距為300 mm。 折流擋板數(shù)NB=
傳熱管長
－1=4500/300-1=14 塊，
折流板間距
折流板圓缺面水平裝配。 6.接管
殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為u1=1.0m/s,則接管內(nèi)徑為： d1?
4V14?5.261
?=0.090 m ?u1825?3.14?1.0
取整后圓管內(nèi)徑可取為100mm。
管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u2=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為：
d2?
4V24?40168
?=0.098 m ?u23600?994?3.14?1.5
取整后圓管內(nèi)徑也可取為100mm。 所以各接管處的圓管內(nèi)徑都可取為100mm。
根據(jù)以上各數(shù)據(jù)的分析，可選用G600Ⅳ—1.0—77型換熱器。其有關(guān)參數(shù)見下表：
此換熱器的實際傳熱面積：
So?n?dl?222?3.14?0.025?(4.5?1)=76.7㎡
若選擇該型號的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為
Q934343
Ko??=285.8 W/(m.℃)
So?tm76.7?42.63
六．換熱器核算 1.熱流量核算
（1）殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺折流板，用克恩法計算： ?0?0.36
?1
de
Re0
0.55
Pr(
?0.14
) ?w
當(dāng)量直徑，由正三角形排列得：
?222π2
4?(?0.032??0.025)t?do)
de
＝==0.020 m
3.14?0.025πdo
殼程流通最大截面積： So = BD(1－
do0.025
)=0.039 ㎡ )=0.3?0.6?(1?
t0.032
殼程流體流速為：
v5.261
uo??=0.164 m/s
so825?0.039
雷諾數(shù)：Reo?
deuo?0.020?0.164?825
??3785 ?4
?7.15?10
2.22?1000?7.15?10?4
普朗特數(shù)：Pr＝＝＝11.34
?0.14粘度校正：(
cp?
?0.14
)≈1 ?w
0.14
)?(3785)0.55?11.34?1=526 W/(m.℃) 0.020
所以,?o?0.36?(
（2）管程對流傳熱系數(shù)
?
?i= 0.023i
di
Rei
0.8
Pri
0.4
管程流體流通截面積：
Si?
?
4
di
2
N?222??0.022??0.017 ㎡ Np44
管程流體流速為：
ui?
v40168??0.66 m/s si3600?994?0.017
diui?0.02?0.66?994
??18048 ?3?0.727?10
雷諾數(shù)：Rei?
4.187?1000?0.727?10?3
普朗特數(shù)：Pr＝＝4.86 i＝?0.626
cp?
0.6260.80.4
?(18048)?(4.86)?3444 W/(m.℃)?所以，i= 0.023?
0.02
（3）污垢熱阻 參考數(shù)據(jù)表，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻可分別取為 Rsi?0.00034 m.℃/W, Rso?0.00017 m.℃/W （4）總傳熱系數(shù)K
1bdododo
RRK? 1/（α＋so＋＋＋si）
?dαddomiii
1
＝?10.0025?0.0252525?
?0.00017??0.00034????
45.3?0.0225203444?20??526
＝342.4 W/(m.℃)
由前面的計算可知，選用該型號換熱器時要求過程中總傳熱系數(shù)為285.8 W/(m.℃)，在規(guī)定的流動條件下，計算出的K值為342.4
K342.4??1.20 W/(m.℃)，因為：
Ko285.8
在1.15至1.25之間，故所選擇的換熱器是合適的。 （5）傳熱面積S
S?
Q934343
??64.0 ㎡ K?tm342.4?42.63
該換熱器的實際傳熱面積：So?76.7 ㎡ 該換熱器的面積裕度為： H=
Sp?SS
76.7?64.0
?100%??100%?19.8%
64.0
傳熱面積裕度合適，所以該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。
2.核算壓強降 （1）管程壓強降
∑△pi＝（△p1+△p2）Ft NpNs
△p1 ，△p2 ——分別為直管和回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降 Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對Φ25×2.5mm的傳熱管取1.4 Np —管程數(shù)，Np=4 Ns—串聯(lián)的殼程數(shù)，Ns=1。 管程流通面積為：
N?2222
??0.02??0.0174 ㎡ Ai?di
4Np44
2
?
管程流體流速為：
ui?
vs40168??0.645 m/s Ai3600?994?0.0174
diui?0.02?0.645?994
??17638（湍流） ?3?0.727?10
雷諾數(shù)：Rei?
設(shè)管壁粗糙度?=0.1mm,
d中可查得：?=0.035
?
i
0.1==0.005,由??Re關(guān)系圖20
2
lui4.50.6452
?i=0.035???994=1628 Pa 所以：△p1＝?i
di20.022
△p2＝?
ui2
2
0.6452
?994＝620 Pa ?i＝3?2
∑△pi＝（1628+620）?1.4?4?1＝12589 Pa
∑△po＝（?p1＋?p2）Fs Ns ?p1—流體橫過管束的壓強降 ?p2—流體通過折流板缺口的壓強降
Fs—殼程壓強降的結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對液體可取1.15
//
/
/
其中，?p1=F fo nc (NB+1)
/
?uo2
22
2h?u/o
，?p2=NB（3.5－）
D2
F—管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)，對正三角形排列F=0.5 fo ——殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo>500時，fo＝5.0ReReo nc——橫過煤油冷卻器的設(shè)計管束中心線的管子數(shù)，16根 NB——折流擋板數(shù)，14塊 h—折流擋板間距，0.3m
?0.228
uo—按殼程流通面積Ao計算的流速，而Ao=h（D-ncdo）。
殼程流通截面積：
)?0.06 ㎡ Ao=h（D-ncdo）=0.3?(0.6?16?0.025殼程流體流速為：
uo?
vs5.261
??0.11 m/s Ao825?0.06
douo?0.025?0.11?825
??3173 > 500 ?4
?7.15?10
?0.228
?0.228
=5.0?3173=0.80
雷諾數(shù)：Reo?
fo＝5.0ReReo
2
825?0.11/
所以：?p1=0.5?0.80?16?(14?1)?=479 Pa
2
2
2?0.3825?0.11/
)? ?p2=14?(3.5?=175 Pa 0.62
∑△po＝（479+175）?1.15?1=752 Pa
因此，殼程壓強降在允許的范圍內(nèi)。
綜上所述，管程和殼程壓強降都能滿足題設(shè)要求。 3.管板厚度計算 固定管板厚度設(shè)計采用BS法。 假設(shè)管板厚度b=40mm，總換熱管數(shù)量 n=222。
一根管壁金屬橫截面積為：
2
a?d0?di2）??（252?202）?176.6mm2
44
??
開孔溫度削弱系數(shù)（4程）：
??0.6
兩管板間換熱管有效長度(除掉兩管板厚)L取4420mm。 計算系數(shù)K：
2
K?1.32
Dibna1200
?1.32???Lb100222?176.6
0.6?4300?100
=6.18 所以，K=2.5
按管板筒支考慮，依K值查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》化學(xué)工業(yè)出版社：圖4-45，圖4-46，圖4-47得：
G1?2.9，G2?-0.65，G3?2.8
管板最大應(yīng)力:
?t?
1?（Ps?Pt）G2?1（6.9?0.4）?（?0.65）??P???6.41??57.4Mpaa???????0.607??0.233?
或
1?（Ps?Pt）G3?1（6.9?0.4）?2.8??
?t??Pa????6.41???101.2Mpa
?????0.607??0.233? 筒體內(nèi)徑截面積： A?
?
4
Di?
2
?
4
?12002=1538600 mm2
管板上管孔所占的總截面積：
n??2
do??222?252=615555.8mm2 C?44
系數(shù)
??
A-C1538600?615555.8
??0.6A1538600
系數(shù) ??
na222?176.6
??0.24
A?C1538600?615555
殼程壓力： Ps?6.9Mpa 管程壓力: Pl?0.4Mpa
（?6.9?0.4?（1?0.24）?6.404Mpa l1??） 當(dāng)量壓差： Pa?Ps-P
管板采用16Mn鍛： ???r?150Mpa 換熱管采用10號碳系鋼： ???t?112Mpa 管板管子程度校核：
?rmax?219.6Mpa?1.5????1.5?150?225Mpa
??t?112Mpa a?? ?tmax??101.2Mp
管板計算厚度滿足強度要求。考慮管板雙面腐蝕取C2?2㎜,實際管板厚為42mm. 4. 膨脹節(jié)計算
根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》中的選用標(biāo)準(zhǔn)，由GB96475—1997知：當(dāng)公稱直徑為600mm，且公稱壓力為1.0MPa時，可以選用Q235—A型的波形膨脹節(jié)，它的壁厚為4mm，單波軸向剛度為11.4KN/mm,補償量為2.5mm。 5. 零部件結(jié)構(gòu)的選取
由于零部件結(jié)構(gòu)的計算比較麻煩，所以參照書上的數(shù)據(jù)可得相應(yīng)的固定管板式換熱器的有關(guān)數(shù)據(jù)：
殼體壁厚為10mm，折流板厚度為5mm，數(shù)量為14，接管壁厚為4mm。 橢圓形封頭的曲面高度為150mm,直邊高度為50mm，厚度為8mm。 接管法蘭外徑為210mm，螺栓孔位置在170mm處，突緣半徑為148mm,螺栓孔直徑為18mm，接管法蘭厚度為18mm。
拉桿的直徑為12mm,需4根拉桿，而包裹在其外的定距管的直徑則為25mm。
鞍式支座中，底板長度為540mm,A型底板寬度為150mm，B型底板寬度為160mm，螺栓孔間距長420mm。
附表：
表一：固定管板式換熱器的基本參數(shù)
表二：常用固定管板式換熱器的傳熱系數(shù)的范圍
表三：常用體流的污垢熱阻
參考文獻(xiàn)
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[4]魏崇光，鄭曉梅主編《化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊》[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998年
[5]GB 151-1999管殼式換熱器
[6] JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù) [7] 網(wǎng)上資源
心得體會
這次為期兩個星期左右的課程設(shè)計就要結(jié)束，這次的任務(wù)是設(shè)計一個列管式換熱器。雖然設(shè)計和學(xué)習(xí)的時間不長，卻收獲頗多，受益匪淺。
首先，這次課程設(shè)計是我們所接觸的實踐任務(wù)中最繁瑣的、專業(yè)性最強的，所要用到的知識很多，包括機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制圖、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、制冷原理和換熱器原理與設(shè)計等方面的知識。這些知識不是機械的相加，而是需要全面的考慮和整體布局，不止一次因為考慮不全而要重新來過；有時會不耐煩，可想想不耐煩對我沒有任何益處，便及時的調(diào)整過來。最后，整體計算了四次才選定初步的換熱器型號。而且，有時為了一個數(shù)據(jù)查找了好幾本書，還是找不到結(jié)果的時候，是挺納悶的，很容易讓人想放棄。但有目標(biāo)在，繼續(xù)尋找，努力終會結(jié)果，這結(jié)果就是對努力的獎勵。特別是在其他同學(xué)都還沒找到而你找到，拿來跟其他同學(xué)共享，那更是一件樂事。在辛苦的同時，享受著辛苦帶來收獲的喜悅。
其次，這次課程設(shè)計還考驗了我們的團(tuán)隊合作精神，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、平和的心態(tài)。這次設(shè)計工作量大，用到的知識多，而且我們又是第一次設(shè)計，所以單獨靠自己是不法完滿的完成本次課程設(shè)計。我們同學(xué)之間經(jīng)常要進(jìn)行討論，甚至爭論，這樣，我們就能發(fā)現(xiàn)問題，并能因此產(chǎn)生比較合理的結(jié)果和方法。大家都明白了，那其他的都不是問題。同時爭論讓我更加清楚地了解自己，讓我明白我要更加耐心的表達(dá)我的想法，把問題解析清楚，也要耐心的聽其他同學(xué)的意見。如果有實在解決不了的問題，就去向老師咨詢，老師會耐心地給我們講解，直到我們完全弄明白了為止。
最后要提到的就是繪圖了。由于工程制圖不是我們的專業(yè)，而且我們學(xué)了將近兩年了，差不多都將其內(nèi)容忘光了。于是乎我們只能捧著厚厚的課本將其仔細(xì)的復(fù)習(xí)一遍，然后再進(jìn)行正式的繪圖工作。繪圖過程中遇到了不少的麻煩，簡直讓人頭疼。剛開始整體的布局規(guī)劃就很啰嗦，要布局得當(dāng)才能使圖既能夠畫完，又表現(xiàn)得十分清晰。而且因為換熱器中有很多的零部件，它們的尺寸或者厚度很小，畫的時候很難準(zhǔn)確地按照比例將其繪畫出來。于是，我們每天早出晚歸，一整天都已畫室為家，終于功夫不負(fù)有心人，最后將換熱器圖圓滿順利地完成了。
雖然在這次的換熱器設(shè)計中遇到了很多的麻煩，但最終通過自
己的努力、同學(xué)的幫助以及老師的耐心講解，最終還是完成了任務(wù)。通過這次的設(shè)計任務(wù)，我鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識，并讓我對化工知識有了更深的認(rèn)識和理解，還增強了我的查閱能力以及動手能力�？傊�，收獲還是蠻多的。
【煤油冷卻器的設(shè)計】相關(guān)文章：
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