安徽理工大学毕业设计
热管中心距选择表2-1
[10].GB150《钢制压力容器设计标准》
管子内径：
di =d0-（2×2/1000）=0.015m（4）
由已知设计条件知换热面积A?1052.1m2，则总传热量
Q0?K?A??tm?300?1052.1?28.617?9.0324?106W
列管式换热器内常用流速气体为5~30m/s
取管内水的流速u=1m/s 则单根管子的传热量q=qm?Cp??t=?4di2????水?Cp??t=4.2739?103w
Q9.0324?106=2113.39 所需换热管根数n==q4.2739?103则取换热管根数N=2114根 则管子的长度为L=AN??d0=1052.12114?3.14?0.019=8.342m
经查换热管长度的系列标准取换热管长L?8m 管长：L=8 m
换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，根据换热管外径查管壳式换热器设计手册GB151表12可得换热管中心距S=25mm；分程隔板槽两侧相邻管中心距
Sn?38mm。
则管束中心换热管数：
Nc?1.1N?1.1?2114?54
取Nc=54根
故壳体内径：Di?S?Nc?1??2b'?25??54?1??2?1.5?19?1379mm
式中b'?管束中心线上最外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取
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b'??1~1.5?d0，在此取b'?1.5d0，mm。
图2-2折流板简图
查标准取筒体公称直径Di=1600mm 长径比
L8??5 设计合理 Di1.52.3.3折流板的选择
常用的折流板和支撑板有弓形和圆盘两种。弓形折流板又可以分为单弓形、双弓形、三弓形。这里选用单弓形。
折流板的作用是可以提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。常用的折流板形式有弓形和圆盘-圆环形两种，在这里选用弓形折流板。 即弓形折流板弓高：h?0.25Di?0.25?1600?400mm
折流板的最小间距宜不小于壳体内直径的15，且不小于50mm；最大间距应
11不大于壳体内直径。在这里取折流板间距：B?Di??1.6?0.533m
33L8折流板数量：nB??1??1?14.009
B0.533取nB=14
2.3.4校核总换热系数
（1）管程对流传热系数
?i?0.023?idiRe0.8Pr0.4
式中di——管子的内径，m； 管程雷诺数Re1?diu?水?0.015?1?10004?2.1?10
7.274?10-44.174?103?7.274?10-4??4.85
0.6265?水管程普朗特准数Pr1?故管程对流传
Cp1??水?水
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?i?0.023?idiRe0.8Pr0.4=0.023?0.6265?(2.1?104)0.8?4.850.4?5183.60.015
W/(m.0C)
（2）壳程对流传热系数
?d壳程流通截面积S?hDi?1?0t???19?2?0.533?1.6?1??0.2047m ????25??式中h——折流挡板间距，m； t——管中心距，mm。 乙炔流量qm2Q9.0324?106kg ???28.213scp2?T2?T1?4.174?103?76.7乙炔流速u2?qm2??2S??28.213?10.93ms
1.261?0.2047管子正三角形排列时当量直径
?32?2?de?4?t?d0?4?2???d0?
式中t——相邻两管中心距，m； d0——管外径，m。 所以
?32?2?de?4?t?d0?24????d0??4???1.7323.14??0.0252??0.0192?4?2??3.14?0.019??0.0173mRe2?deu2?2?2?0.0173?10.93?1.261?0.298?103 ?30.8?10查化工原理图4-53得
Nu2Pr2?13?u2??u?w???0.14?17
Pr2?cp2?2?1.222?103?0.8?10?3??1.834
0.533?0.14u?乙炔被冷却，取??2u?w??=0.95
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则 ?2?17 总传热系数
总传热热阻： K计=1bddd+Rd2+2?Rd12?2?2?dmd1?1d11?2dePr213?u2??u?w???0.1410.533?17???14.4?3?0.95?1200W/(m.0C)0.0173
式中dm?di?d00.019?0.015?m?0.017m 22计算得K计=342.34W/(m.0C)
传热面积
Q9.032?106??921.9m2 A计?K计??tM342.34?28..617
A1052.1??1.141 A计921.9即传热面积有14.1%的裕量
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3、换热器的机械设计计算
3.1换热流程设计
采用2壳程4管程的2-4型换热器。由于换热器尺寸较大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用十字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。
图3-1 换热器隔板简图
3.1.1管子和传热面积
换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，一般采用优质碳钢，以保证管子质量，一般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用10号钢和20号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢（1Cr18Ni9Ti）、钢、铝等无缝管石墨管、聚四氟乙炔管等。由于水、油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择20号钢的无缝钢管。
根据设计要求采用?19?2的无缝钢管 管子总数为2114根。其传热面积为：
F??d0LNt???0.019?8?2114?1008.96m2
3.1.2壳体
壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的Q345R、16?nR等，现选用钢。
壳体内径Ds=1600mm 壳体壁厚：
??pDS?c t2[?]??p（50）
[?]t为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为415℃，根据碳钢
板许用应力，表查得[?]t=99.4
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