青海大学本科毕业设计：浮头式换热器设计
1.4.1 换热器的防腐蚀
换热器的目的是为了传热，经常与腐蚀性介质接触的换热表面积很大，为了保护金属不遭受腐蚀，最根本的方法是选用耐腐蚀的金属或非金属材料，但同时对应用最广泛的钢铁材料设备采取防腐蚀措施也是十分必要的。有时在设计换热器时，根据所处介质的腐蚀性，已考虑到采用合适的耐腐蚀材料，但如制造时焊接方法不当，则在焊缝及其附近亦易发生腐蚀。另外，在离换热管子入口端40～50cm处的管端，由于介质的涡流磨损与腐蚀共存而经常发生管端腐蚀；管子内侧存在异物沉积或粘着产生点腐蚀等。这样也要求采取一些必要的防腐蚀措施。关于金属材料的防腐蚀措施，
1.4.2 换热器的材料[3]
管子材料的选择应根据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等
1.5换热器的安装[11]
安装换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。基础一般分为两种：一种为砖砌的鞍形基础，换热器上没有鞍式支座而直接放在鞍形基础上，换热器与基础不加固定，可以随着热膨胀的需要自由移动。另一种为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。
在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。
基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。 换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后，斜垫铁可与芝座焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时，应在下部换热器找正完毕，并且地脚螺栓充分固定后，再安装上部换热器。可抽管束换热器安装前应抽芯检查，清扫，抽管束时应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。
根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件（操作）清洗、维修的需要。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束，外头盖端必须也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。
固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且，用机械法清洗管内时。两端都可以对管子进行刷洗操作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束，也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。
换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管，壳程介质的温度及压降进行
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换热器的概述
监督，分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程，与其他设备相比较，其余腐蚀介质接触的表面积就显得非常大，发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高，因此对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑，当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时，水中的溶解物在加热后，大部分溶解度都会有所提高，而硫酸钙类型的物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用，由于水的蒸发，使盐类浓缩，产生沉积或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀，腐蚀与结垢交替进行，激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的，所以清洗间隔时间不宜过长，应根据生产装置的特点，换热介质的性质，腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查，修理及清洗。
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2 热力计算
2.1设计参数
介质 原油 柴油 进口温度 ℃ 90 200 出口温度 ℃ 130 130 质量流量 Kg/h 40000 Wc 比热容 KJ/Kg·℃ 1.925 2.62 工作压力 MPa 0.8 1.2 导热系数 W/（m·℃） 0.131 0.133 密度 Kg/m3 795 830 黏度 Pa·S 0.0029 0.0064 结垢系数 W/（m·℃） 0.0000787 0.00008598 2.1.1计算热负荷及重油的出口温度
Q=Wh·Cph·（T1-T2）=40000×1.925×（130-90）=3080000KJ/h 因为总换热量相等：Q=Wc×2.62×(200-130) Wc=16.794t/h
2.1.2计算两流体（暂按单壳程，多管程进行计算逆流时）的平均温差 热流体 200℃ ———130℃ 冷流体 130℃ ———90℃
△t m 70℃ ———40℃
70?40=53.66℃
ln70/40t2?t1130?90 P===0.364
T1?t1200?90T1?T2200?130 R===1.75
t2?t1130?90查图4-19知：查表：??t?0.85
则 △tm =
所以校正后：△tm=0.85×53.66=45.61℃
2.2计算传热面积[2]
根据两流体的状况，假设K=130 W/（m·℃） 则 S=
2
Q308000012
= =144.3m?K?tm130?45.613.6考虑10的面积裕量
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热力计算
S=1.1
Q2
=144.3?1.1=158mK?tm2.3换热管规格
考虑到原油具有腐蚀性，而柴油黏度较大易走管间，故选择原油走管程，重油走壳程。 选用16Mn低合金钢 规格 ?25?2.5mm L=6m
2.3壳体尺寸及总管数[5]
取管中心距
1）管数： Nt’=
S158.73?=337 ?dol3.14?0.025?62）壳体直径的确定：
D=t(nc-1)+2b’
式中； D——壳体内径, t——管中心距,m
nc ——横过管束中心线的管数
b’ ——管束中心线上最外层的中心至壳体内壁的距离,m 管子按正三角形排列：
nc=1.1n?1.1337=20 取b’=1.28do=1.28?0.025=0.032m
则D=t(nc-1)+2b=0.032?（20-1）+2?0.032=0.672m
圆整后DN=700mm
原油黏度μ＞1.5?10Pa.s 查表6-2
3
知最大流速为u=0.6m/s 取ui =0.44m/s 设所需管程数为n ?25?2.5mm di =0.02m 则 n?40.020.44?795?3600=40000
2
2
知 n=101 又知传热面积
A=n?dol=158m
2
则 l=
A158==24m ?don3.14?0.025?101选用6m管，需要4程。
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2.4换热器校核[4]
2.4.1核算压力降
⑴ 管程压力降
[7]
（?P??P）?FNN??P?i12tsp
2
式中:?p1,?p2-----分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，N/m;
Ft -----结垢校正因数，无因次，对于φ2.5×2.5mm的管子，取为1.4，对于φ19
×2mm的管子，取为1.5;
Np-----管程数; Ns-----串联的壳程数.
所以Ft=1.4 Np=24 Ns=1 ui=0.42m/s 对于碳钢管，取管壁粗糙度ε=0.1mm
?di?0.1?0.005 20由λ-Re关系图中查得λ=0.050
l?ui26795?0.422?P?0.050???1052Pa 1??2di0.0202795?0.422?P2?（3）?3??210Pa
22?ui2（1052?210）?1.4?4?7067.2Pa＜30KPa ??P?i⑵壳程压力降
???P?（?P??P?FsNs ?o12）式中:?p1-----流体横过管束的压强降， N/m;
?
2
??p2----------流体通过折流板缺口的压强降， N/m2 ;
FS-----壳程压强降的结垢校正因数，无因次，对于液体取为1.15，对于气体或可
凝蒸汽，取为1.0;
?P1??Ff（）oNB?1??uo22
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