《化工原理》课程教学资源（换热器设计资料）列管式换热器设计

化工原理课程设计任务书专业班学生姓名学号：材化学院设计题目：：列管式换热器设计年月年日设计时间：200日一200月一指导老师：吴世彪设计任务：某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表，两侧的污垢热阻均可取1.72×10-m2.K/W，换热器热损失忽略不计，管程的绝对粗糙度c=0.1mm，要求两侧的阻力损失均不超过0.3×105Pa。试设计一台适当的列管式换热器。(y:学号后2位数字)温度℃工作比质量流量热密度导热系数粘度物料压力入口出口kg/hkJ/(kg℃)kg/m3W/(m-℃)Pa's柴油175T22.487150.64×10-3常压34000+100*y0.133原油7011044000+150*y2.208150.1283.0×10-3常压设计内容：(1）设计方案的确定及流程说明(2）换热面积的估算（3）管子尺寸及数目计算（4）管子在管板上的排列(5）壳体内径的确定(6）附件设计(选型)（7）换热器校核（包括换热面积、压力降等）（8）设计结果概要或设计一览表（9）对本设计的评述或有关问题的分析讨论(10)参考文献图纸要求：1、换热器化工设备图（1#图纸）安徽建筑工业学院材化学院化工系1

1 化工原理课程设计任务书 材化学院 专业 班 学生姓名 学号： 设计题目： 列管式换热器设计 设计时间： 200 年 月 日—— 200 年 月 日 指导老师：吴世彪 设计任务： 某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取 1.72×10-4m2·K/W，换热器热损失忽略不计，管程的绝对粗糙度 ε=0.1mm，要求两侧的阻力损失 均不超过 0.3×105Pa。试设计一台适当的列管式换热器。(y:学号后 2 位数字) 物料 温 度 ℃ 质量流量 kg/h 比 热 kJ/(kg·℃) 密 度 kg/m3 导热系数 W/(m·℃) 粘度 Pa·s 工作 入口 出口 压力 柴油 175 T2 34000+100*y 2.48 715 0.133 0.64×10-3 常压 原油 70 110 44000+150*y 2.20 815 0.128 3.0×10-3 常压 设计内容： (1) 设计方案的确定及流程说明 (2) 换热面积的估算 (3) 管子尺寸及数目计算 (4) 管子在管板上的排列 (5) 壳体内径的确定 (6) 附件设计(选型) (7) 换热器校核（包括换热面积、压力降等） (8) 设计结果概要或设计一览表 (9) 对本设计的评述或有关问题的分析讨论 (10)参考文献 图纸要求：1、换热器化工设备图（1＃图纸） 安徽建筑工业学院材化学院化工系

目录第一章文献综述第一节概述、换热器的概念二、换热器的分类三、列管式换热器的标准简介四、列管式换热器选型的工艺计算步骤第二节换热器设备应满足的基本要求·…一、合理的实现所规定的工艺条件二、安全可靠性三、安装、操作及维护方便四、经济合理第三节列管式换热器结构及基本参数一、管束及壳程分程二、传热管三、管的排列及管心距四、折流板和支撑板五、旁路挡板和防冲挡板六、其他主要附件七、列管式换热器结构基本参数第四节设计计算的参数选择一、冷却剂和加热剂的选择二、冷热流体通道的选择三、流速的选择四、流向的选择第二章列管式换热器的设计计算第一节换热面积的估算一、计算热负荷二、估算传热面积第二节换热器及主要附件的试选一、试选管型号二、换热器结构一些基本参数的选择第三节换热器校核一、核算总传热系数二、核算压强降第四节设计结果一览表第五节设计总结及感想一、设计总结二、感想参考文献2

2 目录 第一章 文献综述····················································································· 第一节 概述···················································································· 一、换热器的概念 二、换热器的分类 三、列管式换热器的标准简介 四、列管式换热器选型的工艺计算步骤 第二节 换热器设备应满足的基本要求····················································· 一、合理的实现所规定的工艺条件 二、安全可靠性 三、安装、操作及维护方便 四、经济合理 第三节 列管式换热器结构及基本参数····················································· 一、管束及壳程分程 二、传热管 三、管的排列及管心距 四、折流板和支撑板 五、旁路挡板和防冲挡板 六、其他主要附件 七、列管式换热器结构基本参数 第四节 设计计算的参数选择 ································································ 一、冷却剂和加热剂的选择 二、冷热流体通道的选择 三、流速的选择 四、流向的选择 第二章 列管式换热器的设计计算 ································································· 第一节 换热面积的估算······································································· 一、计算热负荷 二、估算传热面积 第二节 换热器及主要附件的试选···························································· 一、试选管型号 二、换热器结构一些基本参数的选择 第三节 换热器校核············································································· 一、核算总传热系数 二、核算压强降 第四节 设计结果一览表······································································· 第五节 设计总结及感想······································································· 一、设计总结 二、感想 参考文献···························································································

第一章文献综述(略)第二章列管式换热器的设计计算第一节换热面积的估算一、计算热负荷(不考虑热损失)由于设计条件所给为无相变过程。由设计任务书可知热负荷为Q=W激油Cp原油(t2-ti)=(50000/3600)X2.20X1000X(110-70)=1222222W由热量守恒可计算柴油出口温度T2Q=W柴油Cp柴油(Ti-T2)=(38000/3600)X2.48×1000×(175-T2)=1222222WT2=128.31℃二、计算平均温度差：△ ti=175-110=65℃At2=128.31-70=58.31℃逆流温度差A - At2 - 65- 58.31 = 61.6 °℃Atm65AIn In58.31At2三：确定流体走向由于原油温度低于柴油，为减少热损失和充分利用柴油的热量，选择原油走壳程，柴油走管程。四．换热面积估算由《化工原理课程设计》的表4-6，取K估=200W/（m2·℃）.先假设换热器为单管程、单壳程的，且冷热流体逆流接触。则A估=Q/(K估X△t逆）=1222222/(200X61.6)=99.2m2预先估算传热面积为99.2m2。五、选柴油的流速为u=lm/s取换热管的规格为Φ25×2.5mm碳素钢管（8.3kg/6m）。估算单管程的管子根数W柴油38000×4n:=47.02～47根。元a?u3600×715×3.14×(0.02)213600×P柴油×4根据传热面积A估计算管子的长度L，有A话99.2L'==26.927md，n3.14×0.025×47式中：d----换热管的内径，为0.02mdo----换热管的外径，为0.025m五、管程数Nt的确定由于L数值太大，换热器不可使用单管程的形式，必须用多管程。我们选择管程的长度为6m，则Nt=L/6=27/6=4.5～4.（管程数通常选择偶数）六、校正温度差R=(T,-T2)/(t2-t.)=(175-128.31)/(110-70)=1.167P=(t2t,) / (T,-t.)=(110-70) / (175-70)=0. 3813

3 第一章 文献综述(略) 第二章 列管式换热器的设计计算 第一节 换热面积的估算 一、计算热负荷(不考虑热损失) 由于设计条件所给为无相变过程。由设计任务书可知热负荷为 Q = w 原油 Cp 原油(t2-t1) = (50000/3600)×2.20×1000×(110-70)= 1222222W. 由热量守恒可计算柴油出口温度 T2 Q = w 柴油 Cp 柴油(T1-T2) = (38000/3600)×2.48×1000×(175-T2)=1222222W T2=128.31℃ 二、计算平均温度差： Δt1=175-110=65℃ Δt2=128.31-70=58.31℃ 逆流温度差 61.6 58.31 65 ln 65 58.31 ln t 2 1 1 2 m = − =    −   = t t t t 逆 ℃ 三．确定流体走向 由于原油温度低于柴油，为减少热损失和充分利用柴油的热量，选择原油走壳 程，柴油走管程。 四．换热面积估算 由《化工原理课程设计》的表 4-6，取 K 估=200W/(m2·℃). 先假设换热器为单管程、单壳程的，且冷热流体逆流接触。则 A 估=Q/(K 估×Δtm 逆)=1222222/(200×61.6)=99.2m 2 . 预先估算传热面积为 99.2 m 2。 五、选柴油的流速为 u1=1m/s 取换热管的规格为Φ25×2.5mm 碳素钢管(8.3kg/6m)。估算单管程的管子根数 1 2 d1 u 4 3600 '     = 柴油 w柴油 n = 3600 715 3.14 (0.02) 1 38000 4 2      =47.02≈47 根。 根据传热面积 A 估计算管子的长度 L’,有 m A L 26.9 27 3.14 0.025 47 99.2 d n' ' 2 =    = =  估 式中：d1-换热管的内径，为 0.02m d0-换热管的外径，为 0.025m 五、管程数 Nt 的确定 由于 L’数值太大，换热器不可使用单管程的形式，必须用多管程。我们选择管 程的长度为 6m，则 Nt=L’/6=27/6=4.5≈4.(管程数通常选择偶数) 六、校正温度差 R=(T1-T2)/(t2-t1)=(175-128.31)/(110-70)=1.167 P=(t2-t1)/(T1-t1)=(110-70)/(175-70)=0.381

根据R，P的值，查化工原理教材中图4-25（a），得温度校正系数β=0.91》0.9，说明换热器采用单壳程，四管程的结构是合适的。△t.=ΦX△ta逆=0.91*61.6=56.06℃。七、求实际换热面积A实际换热管数为n×Nt=47×4=188根。A实际=L×（元×d）Xn=6X×（3.14×0.025）×188=88.55m2实际换热面积为88.55m.八、选择换热器壳体尺寸选择换热管为三角形排列，换热管的中心距为t=32mm。横过管束中心线的管数：n。=1.1/n=1.1×/188=15.1~16最外层换热管中心线距壳体内壁距离：b=(1——1.5)d。，此处b'取一倍do，即b=0.025m壳体内径：D=t(n。-1)+2b=0.032x15+2×0.025=0.53m圆整后，换热器壳体圆筒内径为D=550mm，壳体厚度选择8mm。长度定为5996mm。壳体的标记：筒体DN5508=8L=5910。筒体材料选择为Q235-A，单位长度的简体重110kg/m，壳体总重为110*（5.910-0.156)=632.94kg。（波形膨胀节的轴向长度为0.156m，见本设计设备图)九、确定折流挡板形状和尺寸选择折流挡板为有弓形缺口的圆形板，直径为540mm，厚度为6mm。缺口弓形高度为圆形板直径的约1/4，本设计圆整为120mm。折流挡板上换热管孔直径为25.6mm，共有188-22-13/2=159.5个；拉杆管孔直径为16.6mm，每个折流挡板上有4个。折流挡板上的总开孔面积=159.5*514.7185+4*216.4243=82963.2972mm2。折流挡板的实际面积=191126.3264-82963.2972=108163.0292mm，重量为5.1kg。选择折流挡板间距h=400mm。折流挡板数Ng=L/h-1=6000/400-1=14块.换热管排列的横截面如下图所示：4

4 根据 R，P 的值，查化工原理教材中图 4-25(a)，得温度校正系数 φ=0.91 > 0.9,说明换热器采用单壳程，四管程的结构是合适的。 Δtm=φ×Δtm 逆=0.91*61.6=56.06℃。 七、求实际换热面积 A 实际 换热管数为 n’ ×Nt=47×4=188 根。 A 实际=L×(π×d0) ×n’=6×(3.14×0.025)×188=88.55m 2 . 实际换热面积为 88.55m 2 . 八、选择换热器壳体尺寸 选择换热管为三角形排列，换热管的中心距为 t=32mm。横过管束中心线的管数： nc =1.1 n =1.1 188 =15.116 最外层换热管中心线距壳体内壁距离：b'=(1——1.5)d0 ，此处 b’取一倍 d0， 即 b'=0.025m 壳体内径： D t(nc 1) 2b 0.032 15 2 0.025 0.53m ' = − + =  +  = 圆整后，换热器壳体圆筒内径为 D=550mm，壳体厚度选择 8mm。长度定为 5996mm。 壳体的标记：筒体 DN550 δ=8 L=5910。 筒 体 材 料 选 择 为 Q235-A ， 单 位 长 度 的 筒 体 重 110kg/m, 壳 体 总 重 为 110*(5.910-0.156)= 632.94kg。(波形膨胀节的轴向长度为 0.156m，见本设计设备 图) 九、确定折流挡板形状和尺寸 选择折流挡板为有弓形缺口的圆形板，直径为 540mm,厚度为 6mm。缺口弓 形高度为圆形板直径的约 1/4，本设计圆整为 120mm。折流挡板上换热管孔直径 为 25.6mm，共有 188-22-13/2=159.5 个；拉杆管孔直径为 16.6mm，每个折流挡 板上有 4 个 。 折 流 挡 板 上 的 总 开 孔 面 积 =159.5*514.7185+4*216.4243=82963.2972mm2 。 折 流 挡 板 的 实 际 面 积 =191126.3264-82963.2972 = 108163.0292 mm 2，重量为 5.1kg。选择折流挡板 间距 h=400mm。折流挡板数 NB =L/h-1=6000/400-1=14 块.换热管排列的横截面 如下图所示:

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX图中圆环形的部切面表示换热器壳体的部面.换热管分为四个管程，每个管程47根换热管（图中各个小菱形的顶点表示换热管横截面的中心）图中8个"十"字形表示拉杆的开孔，拉杆直径为16mm.十、波形膨胀节冷流体原油为黏度较高的流体，其定性温度为（110*0.4+70*0.6）=86℃；热流体柴油的定性温度为（175*0.5+128.31*0.5）=87.5+64.155=151.66℃：冷热流体的定性温度差=151.66-86=65.66℃>50℃，所以换热器壳体上要安装波形膨胀节。波形膨胀节的壁厚与壳体相同，为8mm。根据换热器壳体的公称直径550mm，可知波形膨胀节的公称直径也是550mm，根据公称直径，查《化工设备机械基础》（化学工业出版社，2008）书中表16-9的对应条目，获得波形膨胀节的具体尺寸（见换热器设备图)。单个波形膨胀节的质量=4579586.3154mm×7.8×10×10kg·mm=35.721kg。十一、传热系数K的计算1.管程对流传热系数αi换热管内柴油流速：W柴油/36004x380001.00m/su, =xd?×P袋油×n3600×3.14×0.022×715×474d,uP柴油_0.02×1.00×715=22344,雷诺数Re，0.64×10-3CpA_2.48×103×0.64×10-3普兰德数Pr==11.93,0.1335

5 图中圆环形的剖切面表示换热器壳体的剖面.换热管分为四个管程,每个管程 47 根换热管(图中各个小菱形的顶点表示换热管横截面的中心).图中 8 个”十”字形 表示拉杆的开孔,拉杆直径为 16mm. 十、波形膨胀节 冷流体原油为黏度较高的流体，其定性温度为（110*0.4+70*0.6）=86℃; 热流体柴油的定性温度为（175*0.5+128.31*0.5）=87.5+64.155=151.66℃. 冷热流体 的定性温度差=151.66-86=65.66℃>50℃,所以换热器壳体上要安装波形膨胀节。波 形膨胀节的壁厚与壳体相同，为 8mm。根据换热器壳体的公称直径 550mm，可知波形 膨胀节的公称直径也是 550mm，根据公称直径，查《化工设备机械基础》(化学工业 出版社，2008)书中表 16-9 的对应条目，获得波形膨胀节的具体尺寸(见换热器设备 图)。 单个波形膨胀节的质量=4579586.3154mm 3×7.8×10-3×10-3 kg·mm -3 =35.721kg。 十一、传热系数 K 的计算 1．管程对流传热系数 αi 换热管内柴油流速： 1.00m/s 3600 3.14 0.02 715 47 4 38000 d n 4 / 3600 2 2 1 1 =      =    = ’ 柴油 柴油   w u 雷诺数 22344 0.64 10 0.02 1.00 715 Re 3 1 1 1 1 =    = = −  d u  柴油 ， 普兰德数 11.93 0.133 2.48 10 0.64 10 Pr 3 3 1 1 1 1 =    = = −  c p 

柴油的黏度小于常温水黏度的两倍，是低黏度液体，且是被冷却，所以,=023Re 00x(22344)0.8 ×(11.93)0.3 = 970.2 w/(m2 .℃)0.02d,2．壳程对流传热系数αo壳程流通截面积：d25=0.0481m2S = hD(1=0.400×0.550×(1)321壳程流速：W原油/360050000/36000.354m/suz=P柴油S815×0.0481换热管为三角形排列，壳程的当量直径为V3,V3元3.14d,)×0.032244xx0.0252)4242d.=rd23.14×0.025=4×(8.87-4.91)×10-4/0.0785=0.0202md_uzP柴油0.0202×0.354×815雷诺数Re2=1943,3.0×10-322.20×103×3.0×10-3Cp21l2普兰德数Pr，=51.56,20.128原油被加热，所以0.128α, =0.36号 Res prax(1943)0.55 x(51.56)033 x1.05p.=0.36x0.0202d.=2.28×64.37×3.72×1.05=573.2w/(m2 . ℃)3.污垢热阻根据设计任务书，两侧的污垢热阻Rsc=Rsi=1.72×10㎡2.℃/W。4.总传热系数K。1K.=;取管壁入w=45w/(m·℃）bd.d。d.1+ R..+RAmdmda,daz1K.0.0250.0025×0.0250.0251+1.72×10~+1.72×10-4573.245×0.02250.020970.2×0.0206

6 柴油的黏度小于常温水黏度的两倍，是低黏度液体，且是被冷却，所以 (22344) (11.93) 970.2 0.02 0.133 0.023 Re Pr 0.023 0.8 0.3 0.8 0.3 1 1 = =    = d i   w/(m2·℃) 2．壳程对流传热系数 αo 壳程流通截面积： ) 0.0481 32 25 = (1− ) = 0.4000.550(1− = t d S hD o m 2 壳程流速： 0.354m/s 815 0.0481 50000/3600 S / 3600 2 =  = = 柴油 原油  w u 换热管为三角形排列，壳程的当量直径为 m d t d de 0.0202 4 (8.87 4.91) 10 / 0.0785 3.14 0.025 0.025 ) 4 3.14 0.032 2 3 ) 4 ( 2 4 3 4( 4 2 2 2 2 2 2 = =  −     −  = − = −   雷诺数 1943 3.0 10 0.0202 0.354 815 Re 3 2 2 2 =    = = −  deu  柴油 ， 普兰德数 51.56 0.128 2.20 10 3.0 10 Pr 3 3 2 2 2 2 =    = = −  c p  ， 原油被加热，所以 2.28 64.37 3.72 1.05 (1943) (51.56) 1.05 0.0202 0.128 0.36 Re Pr 0.36 2 0.5 5 0.333 0.5 5 0.333 =    =   =       e o d = 573.2 w/(m2·℃) 3.污垢热阻 根据设计任务书，两侧的污垢热阻 Rso=Rsi=1.72×10-4 m 2·℃/W。 4．总传热系数 Ko i o i o si m m so o d d d d R d bd R K 1 0 2 1 1    + + + + = ;取管壁λw = 45w/(m·℃) 970.2 0.020 0.025 0.020 0.025 1.72 10 45 0.0225 0.0025 0.025 1.72 10 573.2 1 1 4 4  +   +   +  + = − − Ko

10.001745+1.72×10-4+6.17×10-5+2.15×10-4+0.001288=287.2w/(m2.℃)A需要=Q/(K.×△t.)=1222222/(287.2X56.06)=75.91mA实际一A需菱×100%=888.55-75.91×100% =16.65%） 15%面积裕量：A需要75.91符合换热器设计规范的要求。十二、压强降的计算1管程压强降已知管程直管的绝对粗糙度&=0.1mm，则ε/d=0.1/20=0.005，雷诺准数d.uiP*油=22344，查摩擦系数图1-28，得到入=0.035，所以，每程直管的压Re.u,紫油？6715×1降：Ap==0.035x=3753.75Pa;220.020d.柴油在每管程中局部阻力导致的压强降按经验公式计算如下："7715×12P柴油u△p,=3×=3x=1072.5Pa;22一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。对于Φ25×2.5的换热管，结垢校正系数F=1.4：因为是单壳程、四管程的换热器，所以Ns=1，Np=4；ZAp, =(Ap, +Ap2)×F,×Np×N, =(3753.75+1072.5)×1.4×4×1=27027Pa

7 0.001745 1.72 10 6.17 10 2.15 10 0.001288 1 4 5 4 +  +  +  + = − − − =287.2w/( m2·℃) A 需要=Q/(Ko×Δtm)=1222222/(287.2×56.06)=75.91m2 . 面积裕量： 100% 16.65% 75.91 88.55 75.91 100% A A  = −  = − 需要 A实际 需要 〉15% 符合换热器设计规范的要求。 十二、压强降的计算 1．管程压强降 已知管程直管的绝对粗糙度ε=0.1mm，则ε/d1=0.1/20=0.005，雷诺准数 Re 22344 1 1 1 1 = =  d u  柴油 ，查摩擦系数图 1-28，得到λ=0.035，所以，每程直管的压 降： 3753 2 715 1 0.020 6 0.035 2 u p 2 2 1 1 1 =   = =    柴油  d L .75Pa； 柴油在每管程中局部阻力导致的压强降按经验公式计算如下： 1072.5 2 715 1 3 2 u p 3 2 2 1 2 =   =  =   柴油 Pa； 一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。 对于Φ25×2.5 的换热管，结垢校正系数 Ft=1.4；因为是单壳程、四管程的换 热器，所以 Ns=1，Np=4； ( p p ) (3753.75 1072.5) 1.4 4 1 27027 pi =  1 + 2  Ft  NP  Ns = +    = Pa<30000Pa, 符合任务书的要求。 2．壳程压强降 流体横过管束的压强降： 管子排列方法对压强降的校正因数 F=0.5(正三角形排列)； 壳程流体的摩擦系数 fo，当 Re2〉500 时，fo=5.0×Re2 -0.228=5.0×1943-0.228=0.89； 横过管束中心线的管子数 nc=15； 折流板数 NB=14； 壳程流速 u2=0.354m/s； ρ原油=815kg/m3 2 815 0.354 0.5 0.89 15 (14 1) 2 u p ( 1) 2 2 ' 2 1   = + =    +   原油 Ffo nc NB =5113Pa； 流体通过折流板缺口的压强降: 折流板间距 h=400mm=0.400m； 壳体内径 D=550mm=0.550m 2 815 0.354 ) 0.550 2 0.400 14 (3.5 2 u ) 2 p (3.5 2 2 ' 2 2     = − =  −  原油 D h NB =1462Pa

一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。壳程总压降：对于液体壳程压强降的结垢校正系数F,=1.15;壳程数N=1Z4p。=(Ap，+Ap2)xF,xN,=(5113+1462)×1.15×1=7561Pa<30000Pa.符合任务书的要求。十三、主要附件的选择1.接管及法兰的选型1）管口A管口A为柴油出口。①接管管径的确定：流量为38000kg/h，密度为715kg/m2，相当于q=38000/715/3600=0.01476m/s。柴油为低粘度流体，在接管中的合理流速u=1一一2m/s。本设计取u=1m/s。则接管4g-4×0.014762=0.1371m=137mm。接管的外径选择为159mm，壁厚选的内径=V元xuV3.14x1择为4.5mm，材质为20钢，每米管子的重量17.14kg（GB-T17395-1998无缝钢管尺寸、外形、重量及充许偏差）。②接管长度的选择：接管的长度L选择150mm，则重量为2.6kg。接管的标记：接管Φ159X×4.5L=150③接管法兰的选择：查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表14-5，接管外径d=159mm的板式平焊钢制管法兰的公称通径DN=150mm。选择公称压力PN=0.6MPa的突面法兰，材料为Q235-A，标记为：HG20592法兰PL150(B)-0.6RFQ235-A。重量为5.14kg。该法兰有8个均布在外周的螺孔，使用8个M16螺栓、螺母、垫片与工艺管道连接。2）管口B管口B为原油出口。原油的流量为50000kg/h，密度为815kg/m，相当于q=50000/815/3600=0.01704m/s。原油在接管中的合理流速u=1——2m/s。本设计取4q4×0.01704=0.147m=147mm。选择接管的外径、u=1m/s。则接管的内径=V元xu3.14×1V壁厚、材质、长度和接管法兰都与管口A的相同。3）管口C管口C为排气口。①接管管径的确定：接管的外径选择32mm，壁厚选择为3.5mm，材质为20钢，每米管子的重量2.46kg（GB-T17395-1998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差）。②接管长度的选择：接管的长度L选择150mm，则重量为0.369kg。接管的标记：接管Φ32X×3.5L=150③接管法兰的选择：8

8 一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。 壳程总压降： 对于液体壳程压强降的结垢校正系数 Fs=1.15； 壳程数 Ns=1 ( p p ) (5113 1462) 1.15 1 ' 2 ' po =  1 +  Fs  Ns = +   =7561Pa<30000Pa. 符合 任务 书的要求。 十三、主要附件的选择 1．接管及法兰的选型 1）管口 A 管口 A 为柴油出口。 ①接管管径的确定： 流量为 38000kg/h，密度为 715 kg/m3，相当于 q=38000/715/3600=0.01476m3 /s。 柴油为低粘度流体，在接管中的合理流速 u=1——2m/s。本设计取 u=1m/s。则接管 的内径= 3.14 1 4 4 0.01476   = u q  =0.1371m=137mm。接管的外径选择为 159mm，壁厚选 择为 4.5mm，材质为 20 钢，每米管子的重量 17.14kg（GB-T 17395-1998 无缝钢管 尺寸、外形、重量及允许偏差）。 ②接管长度的选择： 接管的长度 L 选择 150mm，则重量为 2.6kg。 接管的标记：接管 Φ159×4.5 L=150 ③接管法兰的选择： 查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表 14-5，接管外径 dH=159mm 的板式平焊钢制管法兰的公称通径 DN=150mm。选择公称压力 PN=0.6MPa 的突面法兰， 材料为 Q235-A，标记为：HG20592 法兰 PL 150(B)-0.6 RF Q235-A。重量为 5.14kg。 该法兰有 8 个均布在外周的螺孔，使用 8 个 M16 螺栓、螺母、垫片与工艺管 道连接。 2）管口 B 管口 B 为原油出口。原油的流量为 50000kg/h，密度为 815 kg/m3，相当于 q=50000/815/3600=0.01704m3 /s。原油在接管中的合理流速 u=1——2m/s。本设计取 u=1m/s。则接管的内径= 3.14 1 4 4 0.01704   = u q  =0.147m=147mm。选择接管的外径、 壁厚、材质、长度和接管法兰都与管口 A 的相同。 3）管口 C 管口 C 为排气口。 ①接管管径的确定： 接管的外径选择 32mm，壁厚选择为 3.5mm，材质为 20 钢，每米管子的重量 2.46kg （GB-T 17395-1998 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差）。 ②接管长度的选择： 接管的长度 L 选择 150mm，则重量为 0.369kg。 接管的标记：接管 Φ32×3.5 L=150 ③接管法兰的选择：

查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表14-5，接管外径dg=32mm的板式平焊钢制管法兰的公称通径DN=25mm。选择公称压力PN=0.6MPa的突面法兰，材料为Q235-A，标记为：HG20592法兰PL25（B)-0.6RFQ235-A。该法兰有4个均布在外周的螺孔，使用4个M10螺栓、螺母、垫片与配套的法兰盖装配。4）管口D管口D为原油进口。接管、法兰与管口A和B的完全相同。5）管口E管口E为排污口。①接管管径的确定：接管的外径选择57mm，壁厚选择为3.5mm，材质为20钢，每米管子的重量4.62kg②接管长度的选择：接管的长度L选择150mm，则重量为0.693kg。接管的标记：接管Φ57X×3.5L=150③接管法兰的选择：查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表14-5，接管外径d=57mm的板式平焊钢制管法兰的公称通径DN=50mm。选择公称压力PN=0.6MPa的突面法兰，材料为Q235-A，标记为：HG20592法兰PL50(B)-0.6RFQ235-A。重量为1.51kg。该法兰有4个均布在外周的螺孔，使用4个M12螺栓、螺母、垫片与配套的法兰盖装配。6）管口F管口F为柴油进口。接管、法兰与管口A、B和D的完全相同。2.左管板的选型1）管板厚度：《化工设备机械基础》（化学工业出版社，2008)中有表16-8管板厚度表。管板的设计压力为管、壳程设计压力中的大者。当设计压力小于1MPa时，取为1MPa；表中的设备壳体内径×壁厚最接近本课程设计值的是600×8；管、壳程的温度差=151.66-86=65.66℃：根据上述的设计压力、壳体内径×壁厚以及温度差，查表得管板的厚度8=42mm。管板材料为16Mn（锻件）。2）管板形状：管板同时起到法兰的作用，密封面为凸面，可以和管箱的法兰（密封面为凹面）连接。管板直径与管箱法兰的相同，为665mm。外周均布24个Φ18螺孔，管板重量约为：(×0.665*-188××0.0252-24××0.018°)×0.042×7800=82kg。444管板的大致形状如下图9

9 查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表 14-5，接管外径 dH=32mm 的板式平焊钢制管法兰的公称通径 DN=25mm。选择公称压力 PN=0.6MPa 的突面法兰， 材料为 Q235-A，标记为：HG20592 法兰 PL 25(B)-0.6 RF Q235-A。 该法兰有 4 个均布在外周的螺孔，使用 4 个 M10 螺栓、螺母、垫片与配套的 法兰盖装配。 4）管口 D 管口 D 为原油进口。接管、法兰与管口 A 和 B 的完全相同。 5）管口 E 管口 E 为排污口。 ①接管管径的确定： 接管的外径选择 57mm，壁厚选择为 3.5mm，材质为 20 钢，每米管子的重量 4.62kg。 ②接管长度的选择： 接管的长度 L 选择 150mm，则重量为 0.693kg。 接管的标记：接管 Φ57×3.5 L=150 ③接管法兰的选择： 查《大学工程制图》（华东理工大学出版社，2005）表 14-5，接管外径 dH=57mm 的板式平焊钢制管法兰的公称通径 DN=50mm。选择公称压力 PN=0.6MPa 的突面法兰， 材料为 Q235-A，标记为：HG20592 法兰 PL 50(B)-0.6 RF Q235-A。重量为 1.51kg。 该法兰有 4 个均布在外周的螺孔，使用 4 个 M12 螺栓、螺母、垫片与配套的 法兰盖装配。 6）管口 F 管口 F 为柴油进口。接管、法兰与管口 A、B 和 D 的完全相同。 2．左管板的选型 1）管板厚度： 《化工设备机械基础》(化学工业出版社，2008)中有表 16-8 管板厚度表。管 板的设计压力为管、壳程设计压力中的大者。当设计压力小于 1MPa 时，取为 1MPa； 表中的设备壳体内径×壁厚最接近本课程设计值的是 600×8；管、壳程的温度差 =151.66-86=65.66℃；根据上述的设计压力、壳体内径×壁厚以及温度差，查表得 管板的厚度δ=42mm。管板材料为 16Mn（锻件）。 2）管板形状： 管板同时起到法兰的作用，密封面为凸面，可以和管箱的法兰(密封面为凹面) 连接。管板直径与管箱法兰的相同，为 665mm。外周均布 24 个 Φ18 螺孔，管板重 量约为： 0.018 ) 0.042 7800 4 0.025 24 4 0.665 188 4 ( 2 2 2  −   −        =82kg。 管板的大致形状如下图

Φ665Φ587Φ 5505×45°Φ18Φ5503）管板的开孔①开孔和管程隔板密封槽分布情况：左管板共有188个安装换热管的开孔和8个拉杆安装孔以及2道管程隔板密封槽（见设备图）。②安装换热管的开孔尺寸：为了便于在管板上焊接换热管，开孔的孔径比换热管的外径大0.4mm即Φ25.4mm。开孔形状见设备图。（或者：为了便于在管板上胀接换热管，开孔的孔径比换热管的外径大0.3mm，即Φ25.3mm。开孔内表面有两道环向的槽，槽深0.5mm。管板开孔形状和内表面环向槽的位置、尺寸见下图：10

10 3）管板的开孔 ① 开孔和管程隔板密封槽分布情况： 左管板共有 188 个安装换热管的开孔和 8 个拉杆安装孔以及2 道管程隔板密 封槽（见设备图）。 ② 安装换热管的开孔尺寸： 为了便于在管板上焊接换热管，开孔的孔径比换热管的外径大 0.4 mm,即 Φ25.4 mm。 开孔形状见设备图。 （或者:为了便于在管板上胀接换热管，开孔的孔径比换热管的外径大 0.3 mm,即 Φ25.3mm。开孔内表面有两道环向的槽，槽深 0.5mm。管板开孔形状和内表面环向 槽的位置、尺寸见下图： Φ Φ Φ Φ Φ