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非紧
凑式
适用于高温及腐蚀性气体场合
表面扩展式
板翅式
紧凑、效率高。
可多股物流同时换热,使用温度不大于150C,
主要用于粘性加大的液体间换热
管翅式
高效而紧凑,换热面积大,传热效果好
在过程工业中,由于管壳式换热器具有制造容易,生产成本低,选材范围广,清洗方便,适应性强,处理量大,工作可靠,且能适应高温高压等众多优点,管
壳式换热器被使用最多。
工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器,在工
业过程热量传递中是应用最为广泛的一种换热器。
结合上述优点和本工艺的特点,本工艺的换热器主要选用管壳式换热器。
1.2管壳式换热器的选用
1.2.1结构参数的确定
⑴管径
管径越小换热器越紧凑、便宜,但压力降会增加。
为了满足允许的压降,般选用19mr的管子;
对于物流流量较大的,采用25mm以上的管子。
⑵管长
无相变传热时,管子长则换热系数增加,对于相同的换热面积,管子长则管程数减小,使得压力降减小,每平方米传热面积比降低。
我国生产的标准钢管长
度为6m故系列标准中管长有1.5m,2m,3m,6m和9m五种。
因此,一般管
长取4-6m,对大面积,无相变换热器管长可取至8〜9m
⑶管子配布
换热管在管板上的排列方式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。
正三角形排列形式最为普遍,由于管距都相等,可以在同样的管板面积上排列最多的管数。
但因管外不易清洗,其适用场合受到限制,主要适用于壳程
介质污垢少,且不需要进行机械清洗的场合。
而采用正方形和转角正方形排列的管束,能够使管间小桥形成一条直线通道,便于管外机械清洗。
⑷管心距
管心距小设备紧凑,但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。
故一般选用范围为1.25〜1.5d(d为管外径)。
表1-2换热管管心距
换热管外径/mm
19
25
32
38
换热管中心距/mm
40
48
分程隔板槽两侧相邻管中心距/mm
44
52
60
1、2、4、6、8、
⑸管程数
管程数增加,管内流速增加,传热系数增加。
管程数一般有
10、12等七种。
但管程数不能分得太多,以免压力降过大,且隔板要占用相当大
的布管面积。
⑹折流板
折流板可以改变壳程流体的方向,使其垂直于管束流动,提高流速,从而增
加流体流动的湍流程度,获得较好的传热效果。
折流板型式可分为圆缺形(弓形)
折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈。
表1-3折流板间距常用数值
管长(mm)
折流板间距(mm)
<
3000
100
200
300
450
600
——
4500〜6000
1500〜6000
150
6000
7500,9000
750
6000
6000〜9000
1.3换热器详细设计
本工艺共有41台换热设备(换热器、再沸器、冷凝器、预热器),这里我们
以浮头式换热器(E0602)详细设计为例。
热物流经该换热器换热温度降至目标
温度,冷却物流为循环冷却水。
由Aspen软件得到冷热工艺物流数据:
表1-4工艺操作参数
操作参数
参数
壳程
管程
介质
循环冷却水
甲苯回收塔塔底去一级结晶
质量流量(Kg/h)
343740.0
84194.9
入口温度「C)
20.00
138.00
出口温度「C)
30.00
34.00
入口压力(bar)
3.00
2.87
出口压力(bar)
2.7413
初步选择换热器的形式后,根据任务要求利用AspenExchangerDesign&
RatingV7.2进行模拟计算,模拟出来的换热器工艺参数如图1-1所示:
1
Ccmpanj/
2
Localion:
T
ServicerfUnitOurRefersncs:
4
ItemMo:
■YofjrReference:
5
Date:
RevNt:
JobNo.:
E
See750-5S50mnTypeBETHor
Connectedin
1narallel
1sefie?
7
Surf/unWeff]1736nPShdlsAinit1
Surl/sWI[sff.l
173.6m?
PERFORMANCEOFONEUNIT
:
FIjiddlloWm
SbollSido
TuboSide
1C
FLidnanre
冷齣K
甲去塔塔底去一碾鋪晶
11
FLiJqudiitky.Tutdlky/s
954833
223693
12
Vapof〔ln/0训kg/s
C
Liquidkg/s
954835
23.3693
23.36=3
14
Ncncflndensablekg/s
IE
Tempetahjie[InyOutJ奇
2D
20
1^4
30
17
Dew/Bubblepent裔
ie
DsnsityVapoi/Liquidkg/n?
/ggp.ac
/909.22
/7S3L9
/eS7.?
VECOEitymPas
/1.0214
/0196
/.2272
/E7iS
2L
Mjleculaiwt.Vap
21
Mjleculaiwt,NC
狂
Spec^ich&
atkJ/(kgK)
Z4S39
/4.832
/212
/1691
23
ThermalcoTidM俪如W/(mKI
/5391
/.6132
/.1042
/1286
L^tehtkteatkJ/kg
2E
P'
etTurw[dbf]bar
3
2.725Se
2.97
2田E丕
Velootym/s
.35
1.35
27
Ptssiuredrop,jlt>
w7cac.Itm
51
.27414
¥
1
12837J
Fflulii^gresist[mh](n?
K/W
.000^7
.OOC17
.00022Aobased
W
l-lsalBHChanged46147fcW
MIDcorreced
3C
T(ar>
3fe)lale.Servioft760.1Oir”
7673
Cl&
sn1037.0
W/lmOK]
⑴结构设计
利用AspenExchangerDesign&
RatingV7.2软件也可以对换热器进行结构
设计,模拟出来的结果如下:
1换热管设计
TLibes
Tyfjft
Plain
Totalnumfcei
514
□utsidediameter
mm
Humbererftubesplugged
Insidediameter
15
Tubelengthdclud
5S5D
Wailthickness
Tubelengtheffective
5658
ArearatioAo?
/ki
畑
Tubesheetthickness
44.52
Pitch
Material
CarbonSteel
Pallern
ThefmjlconTuetivity
W?
(mK]
50.7045
Externalenhancement
Internalerhancement
图1-2换热管基本参数
&
aJ•>
■・■■
一II0
—A
*
TdruB*i*二MW
m
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£
4^
1山
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■
VH.£
Aofl、da、“11■rKd*JiM*i*
.■tapfhe星Tua?
rjCHuyouC
00000OOOOCOpOOOCOOOOOOOQJ
OOOCOC-OOOOO-OOOOCOOOOCOt
\\oc-o0000-^0oococ
It
图1-3换热管排列方式
换热管为平滑管,外径19mm壁厚为2mm管间距为25mm管长
5850mm换热管根数514根。
管子排列方式为正三角形排列。
2折流板和管口设计
折流板的设置主要是为了提高壳程的流速,增加扰动,改善传热。
这里选择
单弓形折流板,并且圆缺方向的高度为壳体公称直径的0.15〜0.45,折流板间距
一般不小于圆筒内径的1/5。
折流板的数目及厚度等基本参数见图1-4所示
Baffles
Tyg
Singleseemenial
BflffleCut:
rner/ckiter/intertn
Tubesinvjindcwj
Yes
Actual[Zdiametef]
/
39.15/
Number
10
Nominal[镒diameter)
40/
Spacing(centercenter)
mri
525
Aclbjalarea)
3e.3/
Spacingatinlet
mn
4Qe.4B
Cutorientation
H
SpKingatoutlet
m-uPTii
46E4S
Thkiknef?
r'
lfi1111
3.52
Spacingatcentralin/outForGKIJshells
rjm
Tube(oiA*sinbaffleoveilap
18
SpacinggtcenterofNshell
TubelovjsinbaFflewindow
U.S
Endleriattatfronthead
mRi
Bafflehole-lubeoddiamclearance
IniIlli
EndlenglJhrearhead
niitM
eii
Shellid-fcalFleoddi^mclMrince
HlIII
4.7I&
图1-4折流板基本参数
折流板数目为6,折流板型式为单弓形,切割率为39.15%。
折流板朝向为水
平,与进出口间隔(第一块与进口或最后一块与出口端面的距离)为466.48mm
两块板间隔为525.00mm
ShellSide
IubeSide
Nozzle
Inlet
Oulbt
InM
Outlet
Numberofnozzles
oursidediameter
323.85
273.05
ies.23
168.2S
■nm
304.S
25451
154.05
Heightundernozzle
11094
45.99
图1-5管口基本参数
管程进、出口管口各有一个。
其中,管程进口管口外径为168.28mm内径
154.05mm管程出口管口外径168.28mm内径154.05mm壳程进、出口管口亦各
有一个,壳程进口管口外径为323.85mm内径304.8mm壳程出口管口外径
273.05mm内径254.51mm
3管束
Bundle
ShellIDtooenler15lluberow
Tubepasses
Fromlap
Tubepasslayout
Mixed(H)
Frombottom
110.94
Tubepassorientalion
rdafd[hcMizontal]
Fromri^ht
71.47
U^bendoiierttdticn
undefined
FromLeft
Horcoritalpasslanewidth
19.05
Impingenwntprotection
Nont
Verlicalpj曲lanewidth
iiriifNi
Impingementdrstance
IntelpasstuSealigrrnenl
Mo
fmpingenien*pl耳tediamelei
Deviationintubeg/pas?
S.56
ImpingerrwntwkJth
Outertubelimit
613
Irmpingerrientpletelenglli
Shellid-bundleoUdiamclearance
mTi
131
Impingenientpim佗thickriess
Tierodnumber
Grosssuifaceareaper?
hell
m?
179.5
Tieroddiameter
FHiirth
12.7
Effectivesuifacearear»
rshell
173.e
Sealingstrips[pairs)
Baretubeareapershell
173.6
Tube(otubesheetjoiit
Exp.
Finnedareapershell
TubepoiechonfromfrontUht
mfrJ
U-bendaeapershel
TubeptojeclionfromisattsW
图1-6管束基本参数
如图为管束信息,主要对管束布置、布置限定、定位杆拉杆和管束布置图
进行详细设置。
图1-7换热器结构尺寸
根据《JB/T4715-1992固定管板式换热器形式与基本参数》和《GB151-1999
管壳式换热器》对模拟的数据进行圆整,并考虑到热损失等,换热面积有余量,选定换热器的基本参数如下:
表1-5换热器基本参数
项目
公称直径/mm
800
管子规格/mm
©
19X2
排列方式
正三角形
管中心距/mm
管长/mm
4500
公称压力/MPa
0.6
换热面积/rf
189.8
管程数
壳程数
折流板间距/mm
折流板数
6
折流板形式
单弓形
⑵换热器的机械设计及校核
1选材
由于热流体和冷却水温度都不是太高,冷、热流体腐蚀性不大,故壳体材料选用Q235-B,管子材料选用Q235-B无缝钢管。
2管板的选择
管板用来固定换热管并起着分隔管程和壳程的作用,根据选定的换热器公称
直径及操作压力查表可得管板数据,这里选用其默认的管板类型为标准单管板。
表1-6管板结构数据
DN
D
D1
D2
D3
D4
D5
d2
bf
b
930
890
855
797
842
3管子与管板的连接
因为操作压力小于4Mpa且温度低于300r,所以管子与管板的连接采用胀接。
4管板与壳体的连接
管板与壳体的连接采用焊接,,该结构在管板上开槽,壳体嵌入后焊接。
壳体对中容易,适用于壳体压力不太高的场合。
5换热器的校核
表1-7固定管板式换热器设计计算
浮头式换热器筒体设计计算
计算单位全国化工设备设计技术中心站
设计计算条件
设计压力
0.4
MPa
设计温度
65
170
壳程圆筒内径
800.00
管箱圆筒内径
材料名称
Q235-B
计算内容
壳程圆筒校核计算
前端管箱圆筒校核计算
前端管箱封头(平盖)校核计算
后端管箱圆筒校核计算
后端管箱封头(平盖)校核计算
管板校核计算
表1-8前端管箱筒体计算
前端管箱筒体计算结果
计算单位
全国化工设备设计技术中心站
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
0.40
设计温度t
170.00
内径D
材料
Q235-B(板材)
试验温度许用应力
113.00
设计温度许用应力
109.80
试验温度下屈服点s
235.00
钢板负偏差C
0.80
腐蚀裕量C2
表1-9前端管箱封头计算
表1-10后端管箱筒体计算
后端管箱筒体计算结果
65.00
900.00
试验温度下屈服点
焊接接头系数
0.85
厚度及重量计算
计算厚度
PcDi
—PC一1.88
有效厚度
G-C2=8.20
名义厚度
n一12.00
重量
87.44
Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值
Pt一1.25P帯一0.5000(或由用户输入)
压力试验允许通过
的应力水平T
T0.90s一211.50
试验压力下
PT.(Di亠一32.58
圆筒的应力
校核条件
TT
校核结果
合格
压力及应力计算
最大允许工作压力
2e[]t
[Pw]=W^=1.73444
设计温度下计算应力
tPc(Die)
=2e=22.15
t
96.05
t>
t
结论
表1-11后端管箱封头计算
形状系数
K=12Di=1.1771
62hi
KPcDi
=ITl__05K=2.21
e=n-Cl-C2=8.20
最小厚度
min=2.70
n=12.00
满足最小厚度要求
91.59
压力计算
2[]te
[P]=KDi0.5e=1.48120
表1-12筒体计算
浮头式换热器筒体计算结果
焊接接头系数10
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