电子版本U型管换热器说明书doc.docx
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第二部分、设计说明书
1、传热工艺计算
1.原始数据
壳程水蒸气的进口温度=
壳程水蒸气的出口温度=95℃
壳程水蒸气的工作压力=
管程冷却水的进口温度=38oC
管程冷却水的出口温度=97oC
管程冷却水的工作压力=MPa
管程冷却水的流量G2=120t/h
2.定性温度及物性参数
管程冷水定性温度(38+97)/2=64
管程冷水密度查物性表得=981Kg/
管程冷水比热查物性表得=KgoC
管程冷水导热系数查物性表得=m℃
6
管程冷水黏度=ˉPas
管程冷水普朗特数查物性表得Pr2=
壳程水蒸气定性温度t1(t1't1")/2(+95)=150
壳程水蒸气密度查物性表得=
壳程水蒸汽比热查物性表得=
壳程水蒸气导热系数查物性表得=m
壳程水蒸气黏度=105s
壳程水蒸气的普朗特数查物性表Pr1=
3.传热量与冷水流量
取定换热效率为η=查表得r=103
则设计传热量:
Q0G2Cp2(t2"t2')1000/3600
120000(97-38)1000/3600
8060108(W)
则加热水流量:
"
'
)]
=s
G1Q0/[rCp1(t1
t2
4.有效平均温差
'
"
)
"
'
'
"
"
'
)]
=
tn[(t1
t2
(t1
t2
)]/ln[(t1
t2
)/(t1
t2
参数p:
P(t2"t2')/(t1't2')
参数R:
'
"
)/(t2
"
'
)
R(t1
t1
t2
换热器按单壳程两管程设计
则查书图
2-6a得:
温差校正系数:
Φ=
有效平均温差:
tm
tn60
5.管程换热系数计算
参考表2——7
初选传热系数:
K01000W/(m2K)
则初选传热面积为:
F0Q0/(K0tm)m2
选用不锈钢的无缝钢管作换热管。
则管子外径d0=管子内径di=管子长度=5m
则所需换热管根数:
NtF0/(3.14d0L)570根
可取换热管根数为580根
则管程流通面积为:
a2Nt3.14di2/(44)m2
管程流速为:
2G2/(a23600)=
管程雷诺数为:
Re1
11di
2/132671
管程传热系数为:
23605(10.015t1)10.8/(100di)0.24834
结构的初步设计:
查GB151---1999知管间距按取:
管间距为:
s=分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn=管束中心排管数为:
Nc1.1Nt26根
取26根
则壳体内径为:
Dis(Nc1)4d0
故内径Di=
则长径比为:
L/Di合理。
选择单弓形折流板。
则弓形折流板的弓高为:
h0.2Di
折流板间距为:
BDi/3
折流板数量为:
NbL/B19块
6.壳程换热系数计算
壳程流通面积为:
a1BDi(1d0/s)m2
壳程流速为:
G/3600
1
s
1
a1
1
壳程质量流速为:
W111s
壳程当量直径为:
de(Di2Ntd02)/Ntd0
壳程雷诺数为:
Re1
11de/143433
切去弓形面积所占比例按:
h/Di
查图4——38b得为,壳程换热因子查图2——12
得js
120
管外壁温度假定值为:
tw1'120
壁温下水的黏度为:
黏度修正系数:
2(11)0.14
壳程传热系数:
1
1/3
js7180
1
Pr1
de
7.传热系数计算
查GB151---1999第138页可知:
管程水侧污垢热阻为:
r20.000088
壳程污垢热阻为:
管壁热阻r忽略,则总传热系数为:
=1300
则传热系数比为:
K/K
0
所以假设合理。
j
8.管壁温度计算
管外壁热流密度计算为:
q1Q0/(Nt3.14d0L)59010W/m2
外壁温度为:
tw1t1q2(1/1r2)
误差校核:
tw1tw2'所以误差不大,合适。
9.管程压降计算
管内壁温度:
t
w2
t
2
q
2
(
1
r)
92
d0
1
di
1
壁温下水的黏度为:
w2105Pa?
S
黏度修正系数:
2
(2)0.14
w2
查得管程摩擦系数为:
2
管程数2
管内沿程压降为:
2
lNt
2
2
Pi
di
Pa
22
2
回弯压降为:
2
Pb
2
4NtPa
2
2
取进出口处质量流速为:
Wn11600kg/m2?
s
进出口管处压降为:
W
2
1.5
n1
Pn2
Pa
2
2
管程污垢校正系数为:
则管程压降为:
P2(PiPb)d2Pn2Pa
管程允许压降即管程压降符合要求。
10.壳程压降计算
壳程当量直径:
de=
雷诺数Re1
=16656
查得壳程摩擦系数:
(
图3-2)
管束压降:
取进出口质量流速:
进出口压降:
取导流板阻力系数:
导流板压降:
壳程结垢修正系数:
壳程压降:
壳程允许压降:
符合要求。
2、强度计算
换热管材料、规格的选择及功能的确定
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1换热管外径d0mmGB151-199925
2管长Lmm同上3000
3
传热面积
《管壳式换热器原理与
设计》
4
换热管根数
个
580
5
拉杆
个
GB151-1999
表
43、44
6
6
材料
GB150-1999
《钢制压力容器》选
20钢
管子的排列方式
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
正三角形排
GB151-1999
列
2
换热管中心
S
mm
GB151-1999
32
距
隔板槽两侧
3
相邻管最小
mm
GB151-1999
44
中心距
确定壳体直径
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
换热管中心
S
mm
GB151-1999
32
距
表12
2
换热管根数
根
580
3
分程隔板厚
mm
GB151-1999
10
度
4
管束中心排
根
26
管数
5
筒体直径
mm
900
6
实取筒体直
mm
900
径
筒体壁厚确定
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
工作压力
P
MPa
给定
2
材料
GB150-1999
16MnR
3
材料许用应
MPa
GB150-1999
170
力
表4-1
4
焊接接头系
数
5
壳程设计压
MPa
力
6
筒体计算厚
mm
度
7
设计厚度
mm
8
名义厚度
mm
+
5
9
实取名义厚
mm
GB151-1999
5
度
10
负偏差
mm
0
11
腐蚀裕量
mm
2
12
有效厚度
mm
10
设计厚度下
13
圆筒的计算
MPa
121
应力
14
校核
MPa
合格
设计温度下
15
圆筒的最大
[
MPa
允许工作压
力
液压试验
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
试验压力
MPa
2
圆筒薄膜应
MPa
力
3
常温下材料
MPa
345
强度指标
4
校核
MPa
合格
壳程标准椭圆形封头厚度的计算
序号
项目
符号
单位
1
设计压力
MPa
2
工作压力
P
MPa
3
材料
4
材料许用
MPa
应力
5
焊接接头
系数
6
封头计算
mm
厚度
7
设计厚度
mm
8
名义厚度
mm
9
实取名义
mm
厚度
10
负偏差
mm
11
腐蚀裕量
mm
数据来源及计算公式数值
给定
GB150-1999
16MnR
GB150-1999
170
表4-1
+
5
GB151-1999
5
0
2
12
有效厚度
mm
3
设计温度
13
下封头的
MPa
121
计算应力
14
校核
MPa
合格
设计温度
15
下封头的
[
MPa
最大允许
工作压力
16
公称直径
mm
筒体公称直径
900
17
曲面高度
mm
JB/T4737-95
300
18
直边高度
mm
JB/T4737-95
40
管程标准椭圆形封头厚度的计算
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
1
设计压力
MPa
2
工作压力
P
MPa
给定
3
材料
GB150-1999
16MnR
材料许用
GB150-1999
4
MPa
应力
表4-1
5
焊接接头
系数
6
封头计算
mm
厚度
7
设计厚度
mm
8
名义厚度
mm
+
9
实取名义
mm
GB151-1999
厚度
数值
170
7
7
10
负偏差
mm
0
11
腐蚀裕量
mm
2
12
有效厚度
mm
5
设计温度
13
下封头的
MPa
109
计算应力
14
校核
MPa
合格
设计温度
15
下封头的
[
MPa
最大允许
工作压力
16
公称直径
mm
筒体公称直径
900
17
曲面高度
mm
JB/T4737-95
300
18
直边高度
mm
JB/T4737-95
40
法兰的选择
设备法兰的选择
按其条件DN=900mm设计温度97设计压力由《压力容器法兰》长径对焊法兰表
1,选择长径对焊法兰,连接面形式为突面,相关参数如下:
单位(mm)
D
D
1
D
D
4
H
h
R
d
螺柱
螺柱
3
规格
数量
1060
1015
966
1275
52
16
26
115
35
12
27
M24
28
由JB/T4704-2000选择非金属软垫片,其相应尺寸如下:
垫片外直径D=965;垫片内直径d=915;垫片厚度。
接管法兰的选择
(1)接管a、b的公称直径相同设为,设进口流速为
3m/s,则
d
4G2
=120mm
3600
3
3.14
取dN
125mm,公称压力由
选择带径对焊法兰,法
兰相关参数如下:
DN
A
D
K
L
n
Th
C
N
S
H
1
R
H
1
125
140
250
210
18
8
M11
28
158
4
12
6
55
(2)接管c、d的公称直径相同设为,设进口流速为
s,则
d
4
G
1
=26mm
3600
2.5
3.14
取dN
32,公称压力由
选择带径对焊法兰,法兰相
关参数如下:
DNA1DKLnThCNSH1RH
3242140100184M1618566842
管板的设计
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
未被换热
1
管支撑面
13552
积
2
官板布管
36608
区面积
管板布管
3
区当量直
mm
216
径
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
布管区当
量直径与
直径之比
半径
R
mm
470
垫片基本
mm
25
密封宽度
垫片接触
N
mm
JB/T4704-2000图1
50
宽度
垫片有效
b
mm
密封宽度
垫片接触
D
mm
JB/T4700-4707-2000
965
外径
垫片压紧
力作用中
mm
940
心圆直径
系数
GB151-1999
《管壳式换热器》
管板削弱
GB151-1999
系数
《管壳式换热器》
管板材料
GB150-1999
《钢制压力容器》16MnR
设计温度
下管板材
MPa
GB150-1999
125
料的许用
《钢制压力容器》表4-1
应力
壳程设计
P
MPa
已知
压力
S
管程设计
P
MPa
已知
压力
t
管板设计
P
MPa
压力
d
管板厚度
mm
壳程腐蚀
mm
2
裕量
管程腐蚀
mm
2
裕量
实取名义
mm
GB151-1999
64
厚度
《管壳式换热器》
22
换热管轴
1.
MPa
向应力
2.
3.
换热管最
23
大轴向应
MPa
已知
力
单根换热
24
管金属的
a
横截面积
换热管与
GB151-1999
25
管板焊脚
l
mm
《管壳式换热器》
高度
换热管与
26
管板连接
q
MPa
的拉脱力
27
许用拉脱
[q]
MPa
力
28
校核
合格
管箱短节壁厚的确定
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
工作压力
P
MPa
给定
2
材料
GB150-1999
16
MnR
3
材料许用应
MPa
GB150-1999
170
力
表4-1
4
焊接接头系
数
5
管程设计压
MPa
力
6
管箱筒体计
mm
算厚度
7设计厚度mm
8
名义厚度
mm
+
10
9
实取名义厚
mm
GB151-1999
10
度
10
负偏差
mm
0
11
腐蚀裕量
mm
2
12
有效厚度
mm
5
设计厚度下
13
圆筒的计算
MPa
109
应力
14
校核
MPa
合格
设计温度下
15
圆筒的最大
MPa
[
允许工作压
力
拉杆和定距管的确定
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
拉杆直径
mm
GB151-1999
表
43
16
2
拉杆数量
n
根
GB151-1999
表
44
6
GB151-1999
3定距管规格
4
拉杆在管板
GB151-1999
表
端螺纹长度
mm
20
45
拉杆在折流
GB151-1999
表
5
板端螺纹长
mm
60
度
45
6
拉杆上的倒
b
GB151-1999
表
角高度
mm
2
45
折流板的选择
选型
根据GB151-1999图37选择单弓形水平放置的折流板。
折流板尺寸
缺口弦高h值,一般取的圆筒内径,取h=。
换热管无支撑跨距或折流板间距
由GB151-1999表42知,换热管为Φ25×钢管时,换热管的最大
无支撑跨距为L=1850mm,且折流板最小间距一般不小于内径的五分之一且不小于
5mm,有传热计算得到B=400mm。
折流板厚度
由GB151-1999表34知,DN=900,L=300取折流板最小厚度
min6mm.
折流板直径
由GB151-1999表41查得折流板名义外直径为DN=900mm,管孔
直径为25.800.2
防冲板的选择
1.由GB151-1999查得防冲板外表面到圆筒内壁的距离应不小
于接管外径的四分之一,取10mm。
2.防冲板的直径或边长应大于接管外径50mm,取为80mm.
3.防冲板的最小厚度取材料为不锈钢,min3mm,实取3mm
(具体尺寸见零件图所示)
接管及开孔补强
由GB150-1998表8-1知当满足下列所有条件是不另行补强
1.设计压力小于或等于;
2.两相邻开孔中心距应不
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