徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）
向流动从热力学角度考虑这种优于其它任何一种，传热效率较高，因此选择逆流的方式进行换热。
逆流时：热流体温度 T 1300C→550C
00
冷流体温度 t 25C→50C
两端温度差 △t 1050C→50C
逆流对数平均温差：△tmr=（△t1-△t2）/ ln(△t1/△t2)
=(1050C -50C)/ ln(1050C /50C) =32.80C 流程形式：1流程—2管程
参数：R=(T1-T2)/(t1-t2)=75/25=3
P=(t1-t2)/(T1-T2)=25/75=0.33
查《过程装备成套技术设计指南》得：?=1
0
有效平均温度△tm=?·△tmr=32.8C
(5)出算传热面积
根据《过程装备成套技术设计指南》初选传热系数K0=300 W/(m2· 0C) 传热面积A0=Q/K0△tm=2940?103/300?32.8=321.44m2
(6)换热结构设计
选择换热管材料：选择材质为20钢，换热管长为9m,?25×2.5的无缝钢管，管程压降的结垢修正系数Fi=1.4,换热管内外径分别为：di=20㎜,d=25㎜。
换热管管数n= A0/?dL=321.44/3.14?0.025?9=454.7根
根据《化工设备机械基础》书中，查表7-3，确定其管束为517根，其正六角形对角线上的管子数b=25根
根据流体流速范围选定管程数为Nt=2
按接管内流速<3m/s合理选取管程进出口接管尺寸（外径×壁厚）： djt×sjt=?100×4
换热管排列方式：选择正三角形排列方式 查表7-4得换热管中心距：a=32㎜
管束中心排管束：nc=1.1?517+6=32根 换热器壳体内径的确定：Di=a?（b-1）+2L
式中：L-最外层管子中心到壳壁边缘的距离，取L=2d0=2×25=50㎜ 可得：Di=0.032×（25-1）+2×0.05=868㎜ 取壳体直径Di=1000㎜
换热器长径比L/ Di=9000/1000=9,在卧式换热器长径比6—10范围内，所以选择的换热器符合要求。
折流板的形式：选择单弓形折流板
按GB151-1999查得折流板外径Db=0.94m 折流板缺口弦高h=0.20Di=0.2m/s 折流板间距B=(0.2-1) Di=0.5m 折流板数Nb=L/B-1=9/0.5-1=17 2.2.2 壳循环水温度与物性参数
(1)循环水的定性温度：tm=（t1+t2）/2=37.50C (2)定性温度与物性参数的选择与计算
根据《化学化工物性数据手册无卷》查得：
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循环水在37.50C下：其密度?c=973.7㎏/m3
其粘度?c=6.56×10-2 Pa·s
其比热容Cpc=4.178 KJ/(kg ·0C) 其热导率?c=0.623 W/(m· 0C) 根据公式Prh=Cpc?c/?c 得：
普朗特数Prc=4.178×6.56×10-2/0.623=0.0043 根据公式：Q= wcCpc(t1-t2) 得：
wc=Q/ Cpc(t1-t2)=2940/4.178×(50-25)=15.9kg/s 2.2.3 管程的传热与压降
管程流速：uh=wh/(n?hdi2?/4)=5/8×517×(0.02)2×?/4·Nt=0.08m/s 管程雷诺数：Re=di·uh·?h/?h=0.02×0.0×8758/1.26?10-5=97024
假定换热管壁温t′=700C，在其温度下的粘度?w=1.12×10-5Pa·s 管程流体给热系数ai=0.032(?h/di)Re0.8Prh n (流体被加热取n=0.4) =0.032×(0.09079/0.02) ×97024×0.00110.4 =662.2 管程进出口流速：
?h5??0.5m/s uNt=
?758?0.785?(0.1?0.004)22?h(djt?sjt)4 根据《过程装备成套技术设计指南》图4-3查得管程摩擦因子fi=0.005 管内摩擦压降:
L?u??Pf?4fiNt??hh?()NTdi2?w9758?0.0821.265?10?5??（） ?4?0.005?2? ?50.0221.12?10?3692.3Pa 回弯压降：
24Nt?huh4?2?758?0.082?Pr???620.95Pa
22 进出口局部压降：
21.5?hNtuh1.5?2?758?0.082?PNt???232.85Pa
22 管程压降：
?Pt?(?Pf??Pr)Fi??PNt?(3692.5?620.95)?1.4?931.4?6900.045Pa
管程最大允许压降：??Pt?=35000Pa
校核管程压降：因为?Pt???Pt?，所以管程压力合理。 2.2.4 壳程的传热与压降
壳程当量直径：
?32?2??3??22?4???4??a?d?0.032??0.025?2???4?24????0.065m De???d??0.025
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横过管束的流通截面积：
AS?Di?S-d??B0.5?1??0.032?0.025???0.1m2 S0.032 壳程流体流速：
?c15.9??0.2m/s ?cAS973?0.1Du?0.065?0.2?973.7 壳程雷诺数：Re?ec??19295.88 ?3?0.656?10 uc? 壳程流体给热系数：
??c?0.551???3??RPr a0?0.36???D?e???? ?e??w?1?1.265?10?5??0.6312?0.553??0.36??.88?0.0043????19295?5? ??0.065??1.12?10?0.14?516折流板圆缺部分的换热管数按圆弧比计入nw=20，根据《过程装备成套技术设计指南》，查得：h/Di=0.2/1=0.2时的?值为0.112
折流板圆缺部分流通面积：
??2 Ab??Di?nwd2?0.112?12?20??0.0252?0.102m2
44折流板圆缺区流体流速：
?c15.9 ub???0.16m/s
?cAb973.7?102圆缺区平均流速：
um?ucub?0.2?0.16?0.18m/s
壳程出口流速： uNs??c?c?44根据《过程装备成套技术设计指南》，查4-4图得：壳程摩擦 f0=0.14
折流板间错流管束压降：
Di?cuc1937?0.22?Nb?1??4?0.14??PC?4f0???17?1??15099.84PaDe20.0652 圆缺部分压降：
?cum973.7?0.182?1095.4Pa ?Pb??22c02?0.12 进出口局部压降：
21.5?cucNt1.5?973.7?0.22?17 ?PNs???510Pa
22 壳程压降：?Ps??Pc??Pb??PNs?15099.84?1095.4?510?16705.25Pa
?djs?2sjs??973.7?15.92???0.1?2?0.004??1.33m/s
2 根据《过程装备成套技术设计指南》，查得：壳程最大允许压
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降:??Ps?=35000Pa 校核壳程压降：因为?Ps???Ps?，所以管程压力合理。
2.2.5 总传热系数
根据《过程装备成套技术设计指南》表4-5污垢热阻的参数查得：管内污垢热阻rdi=17.2×10-5 W/(m2· 0C)，管内污垢热阻rdo=17.2×10-5 m2·0C/W, 查得换热管材料导热系数?w=51.8 m2·0C/W 管壁热阻:
dd0.0250.025ln()=)?5.3?10?5 m2·0C/W ㏑(rw=
2?wd?2?w2?51.80.025?2?0.0025 总传热系数：
?1?1??A0?1?1??????r?r??r ??d0?wdi????? K?a0?aA??i??i??1?1?1???nL?0.025????17.2?10?5??5.3?10?5???17.2?10?5??? ?561?0.98?662.2???nL?0.02?
?0.003167所以可求得总传热系数K=315.66,在（1.1～1.2）K0范围之内，初选传热系数K0符合要求。
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第三章 固定管板式式换热器的强度计算
本章节主要对固定管板式换热器进行机械设计的计算，其机械设计内容及步骤如下：
（1）壳体直径的确定和壳体厚度计算；
（2）换热器封头、管箱的选择，压力容器法兰的选择； （3）管板尺寸的确定； （4）折流板的选择与计算； （5）管子拉脱力的计算；
此外，还考虑接管、接管法兰的选择及开孔补强等。
3.1 换热器主要零部件的强度计算
3.1.1 换热器壳体壁厚计算
(1)选择钢材：根据已知条件，管程走有毒介质，壳程走清洁介质，故选定Q235R钢材作为壳体材料。
(2)确定各设计参数：根据《化工设备》表2-5查得，取设计温度t=1500C；按表2-8，Q345R在t=1500C时的许用应力「?」t=170MP；按表2-10，面对接焊采用双，局部无损探伤，焊接接头系数?=0.85；按表2-11,钢板厚度负偏差C1=0.8㎜（假设其钢板名义厚度为6-10㎜），取腐蚀裕量C2=1㎜，厚度附加量C= C1+ C2=1.8㎜；由P起=（1.05-1.1）Pw, Pw=1.5MP,可得：P起=1.1×1.5=1.65MP=P=Pc (3)计算壁厚：
PcDi1.65?1000?5.74mm ?=2[?]t??Pc?2?170?0.85?1.65有效厚度?n???C1?C2?5.74?1.8?7.54mm
按钢板厚度规格向上圆整后，取壳体名义厚度为8mm,此值在初始假设厚度范围，故得?n?8mm
3.1.2 换热器封头的壁厚计算
由于Di/2hi=2时，椭圆形封头的应力分布较好，且封头的壁厚与相连的筒体厚度大致相等，便于焊接，经济，合理，所以选择标准椭圆形封头，其形状系数K=1.0。
KPD1.0?1.65?1000ci??5.72mm 由公式得： δ?t2?170?0.85-0.5?1.652[σ[φ?0.5Pc有效壁厚: ?n???C?5.72?1.8?7.52mm 按钢板厚度规格向上圆整后取得名义厚度?n?8mm
根据JB/T4737-2002标准，标准椭圆形封头为DN1000×8,曲面高度h1=250mm,直边高度h2=25mm,如图1-1所示，材料选用20R钢。
椭圆形封头直边高度h的选用 封头材料 碳素钢、普通低合金钢、复合钢板 不锈钢、耐酸钢 封头厚度4～8 10～18 ≥20 3～9 10～18 ≥20 ?n 直边高度h 25 40 50 25 40 50 10