固定管板式换热器整体结构设计.doc

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1、2固定管板式换热器整体结构设计2.1换热器类型的选择两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体（循环水）进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁和壳体壁温之差较大，因此初步选定带膨胀节的固定管板式换热器。2.2换热器流体流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用的碳钢管，管流速取。2.2.1冷热流体物性数据的确定定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为：℃管程流体的定性温度为：℃根

2、据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90℃下的有关物性数据如下：密度㎏/m3定压比热容/（㎏·℃）导热系数（m·℃）粘度循环冷却水在35℃下的物性数据如下：密度㎏/m3定压比热容/（㎏·℃）导热系数/（m·℃）粘度2.2.2总传热系数的计算（1）热流量（2）平均传热温度℃（3）冷却水用量（kg/h）（4）总传热系数K管程传热系数：=2731W/（m2·℃）壳程传热系数：假设壳程的传热系数W/（m2·℃）污垢热阻管壁的导热系数；2.3传热面积的计算考虑15%的面积裕度。2.4工艺结构设计（1）管径和管流速选用传热管（碳钢），取

3、管流速。（2）管程数和传热管数依据传热管径和流速的确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。先取传热管长L=6m，则该换热器管程数为传热管总根数（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得平均传热温差（4）传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距，则横过管束中心线的管数，其排列形式如图2.1所示。图2.1换热

4、管排列形式（5）壳体径采用多管程结构，取管板利用率，则壳体径为圆整可取。（6）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%，则切去的圆缺高度为，故可取。取折流板间距，则可取为150mm。折流板数但考虑到实际情况，换热管还要和管板装配，管板有一定厚度，且壳体还需要装接管，所以取37块折流板，中间的折流板距离不变，仍为150mm，两边各去掉一块，使换热管有足够的长度和管板装配。折流板圆缺面水平装配。（7）接管壳程流体进出口接管：取接管油品流速为，则接管径为取标准管径为50mm。管程流体进出口接管：取接管循环水流速，则接管径为取标准管

5、径为80mm。取双管程单壳程的结构，查手册各种标准，应选取126根换热管，这样排管合适，又满足了热量交换要求。换热管束布局如图2.2所示。图2.2换热管排列形式3膨胀节的设计在固定式换热器中，因壳程流体与管程流体之间具有温差，而壳体和换热管均与管板固定连接，在使用中会引起壳体和换热管之间的膨胀差，造成壳体和换热管受到轴向载荷，避免壳体和换热管拉伸破坏、换热管失稳、换热管从管板上拉脱的方法有多种，如选用U型管换热器、浮头式换热器等，上述两种方法补偿应力大，但制造较复杂，费用高。在应力不大的情况下可选择在壳体中间设置一个变形补偿元件——膨胀节以降

6、低壳体与换热管的轴向载荷。膨胀节除了位移补偿的作用外，还同时兼有减震降噪和密封的功能。3.1判断是否需要设置膨胀节分别计算筒体及换热管上所产生的应力，以及换热管与管板连接的拉脱力，当应力或拉脱力超过许用峰值时，则必须设置膨胀节。（1）筒体上产生的应力式中F1——壳体和换热管之间的温差所产生的轴向力，F2—壳程和管程压力作用于壳体上的力，—换热管与壳体的热膨胀变形差—壳程壳体壁金属横截面积，mm2—换热管管壁金属横截面积，mm2—壳程壳体材料弹性模量，—换热管材料弹性模量，—换热管材料线膨胀系数，℃-1—壳体材料线膨胀系数，℃-1—沿长度平均的

7、换热管金属温度，℃—沿长度平均的壳体金属温度，℃—制造环境温度，℃—壳程与管程压力产生的力，N—换热管外径，mm—筒体径，mm—壳程设计压力，—管程设计压力，—换热管管壁厚度，mmn—换热管根数—壳体材料在设计温度下的许用应力，（2）换热管上产生的应力当时，时，式中—换热管材料在设计温度下的许用应力，—换热管稳定许用压应力，（3）拉脱应力式中a—一根换热管管壁金属横截面积，mmL—换热管与管板焊接高度，mm[q]—许用拉脱力，计算过程及结果mm2mm2℃-1℃-1=35℃=90℃=20℃—25mm—450mm—0.375—0.5—2.5mmn

8、—126经计算的应力小于需要设置膨胀节的要求，但由于所选的系数较小，且壳程和管程的温度相差较大，为保证其在冬季工作时不致因为过大得温差导致应力过大引起损坏，综合考虑