1、E101換熱器設計1.1換熱器類型換熱器選型時需要考慮的因素很多，主要是流體的性質；壓力、溫度及允許 壓力降得圍；對清洗、維修的要求；材料價格；使用壽命等。換熱器種類很多，按熱量交換原理和方式，可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。間壁式換熱器有夾套式、管式和板式換熱器。管殼式換熱器又稱列管式換熱器，該類換熱器具有可靠性高、適應性廣等優點，在各工業領域中得到最廣泛的應用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰，但反過來也促進其自身的發展。在換熱器向高參數、大型化發展的今天，管殼式 換熱器仍占主導地位。列管式換熱器可根據其結構特點，分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。各類換熱

2、器特性如下表。表1管殼式換熱器特性分類名稱特性相對 費用耗用金屬kg/m 3管殼式換 熱器固定管板 式使用廣泛；殼程不易清洗，管殼兩物料溫差大 于60 c時應設膨脹節，最大使用溫差不應大于60 C1.030浮頭式殼程易清洗；管殼兩物料溫差可大于120 C ;墊片易滲漏1.2246調料函式優缺點向浮頭式；造價高，不宜制造大直徑設 備1.28U形管式制造安裝方便，造價較低；管程耐高壓；結構 不緊湊，管子/、易更換，不易機械清洗1.01列管換熱器中常用的是固定管板式和浮頭式兩種。一般要根據物流的性質、流量、腐蝕性、允許壓降、操作溫度與壓力、結垢情況和檢修清洗等要素決定選用列管換熱器的型式。 從經濟角

3、度看， 只要工藝條件允許， 應該優先選用固定管板式換熱器。但遇到以下兩種情況時，應選用浮頭式換熱器。殼壁與管壁的溫差超過70 ；壁溫相差5070 。而殼程流體壓力大于0.6MPa 時，不宜采用有波形膨脹節的固定管板式換熱器。殼程流體易結垢或腐蝕性強時不能采用固定管板式換熱器。 綜合考慮本次設計任務及制造、經濟等個方面，本次設計主要采用浮頭式和固定管板式換熱器。根據工藝條件，熱蒸汽使用125 C (5 bar)和175 C (7.0 bar)的飽和蒸汽，作為熱公用工程。同時，選擇溫度為 20 的冷卻水作為冷公用工程。一般情況下冷卻水出口溫度不高于 60 ，避免結垢嚴重，高溫端的溫差不應小于 20

4、 ，低溫端的溫差不應小于5。當在兩工藝物流之間進行換熱時，低溫端的溫差不應小于20 。當采用多管程、 單殼程的管殼式換熱器， 并且用水作為冷卻劑時， 冷卻水的出口溫度不應高于工藝物流的出口溫度。此外，部分物流溫度要控制在5 左右，選用氨作為制冷劑。對于高溫物流一般走管程，從而節省保溫層和減少殼體厚度，但是有時為了物料的散熱， 增強冷卻效果， 也可以使高溫流體走殼程； 對于壓力較高的物流應該走管程； 粘度較大的流體應該走殼程， 在殼程可以得到較高的傳熱系數； 對于壓力降有特定要求的工藝物流應走管程，因管程的傳熱系數和壓降計算誤差較小；流量較小的物流應走殼程，易使物流形成湍流狀態，從而增加傳熱系數

5、；對于具有腐蝕性的物流走管程， 否則對殼程和管程都會造成腐蝕； 對于有毒流體宜走管程，使泄漏機會減少。般換熱管有表6-34中幾種規格提供參考。表2換熱管規格表材料換熱管標準管子規格/mm外徑壁厚碳鋼低合金鋼 不銹鋼GB/T 8163GB 9948當43022.5>30502.53573.5GB 13296當430>1.02.0GB 9948GB/T 14976>3050>2.03.057鋁 鋁合金GB/T 6893曷42.03.53650>5055銅GB/T 1527101.03.011181930銅合金GB/T 889010121.03.0>1218>

6、;1825>2528鈦 鈦合金GB/T 362510300.52.5>3040>4050在選擇管道規格時，通常選用19 mm的管子；對于易結垢的物料，為方便清洗,采用外徑25 mm或38 mm的管子；對于有氣液兩相流的工藝物流或者物流流量較大工藝物流，一般選用較大的管徑2）管長在滿足設計要求的前提下，盡量選用較短的管子，以降低壓降。3）管程數12或者4隨著管程數增加，管流速和傳熱系數均相應的增加，因此一般選在 管程，不宜選用太高的管程數，以免壓力降過大。4）換熱管中心距管心距為管徑的1.251.5倍，常用換熱管中心距一般按照表6-35選取表3 換熱管中心距/mm換熱管外徑19

7、253238換熱管中心距25324048分程隔板槽兩側相鄰管中心距384452605）排列方式正三角形排列更為緊湊，管外流體的湍動程度高，給熱系數大，而正方形排列的 管束清洗方便，對易結垢流體更為適用，如將管束旋轉 45 C放置，也可提高給 熱系數。6）折流板折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直于管束流動，獲得較好的傳熱效果。表4折流板間距/mm公稱直徑折流板間距400<30004500-6000100一200300450600600-8001500-6000150200300450600900-1300<6000一2003004506007500, 9000一7501400-1

8、6006000一一3004506007507500, 9000一1700-18006000-9000一一一450600750依據表6-36中的數據，可以確定折流板數目。對于 DN500 mm ,選擇一對；對于DN5001000 mm,選擇兩對；對于 DN>1000 mm,選擇三對以上。7）裕量對于工藝物流間的換熱，留有40%- 50%勺裕量；對于工藝物流與公用工程間的換熱，留有15%- 25%勺裕量。2.1 換熱器的選型計算2.1.1 設計條件的確定表1操作參數操作條件參叁發管程殼程介質熱物料冷物料物流名稱脫丙烷塔冷凝液預熱器E0101質量流量/ (kg/h )675000675000進

9、口溫度/C62-42出口溫度/C-10-10進口壓力/MPa0.132.1出口壓力/MPa0.012.02.1.2確定主要物性數據殼程的定性溫度為:42 10226管程的定性溫度為62 10226流體有關物性數據1)殼程凝液在定性溫度t下的物性數據熱導率：C 0.1588W(m?K)粘度： c 9.9 105(Pa?s)比熱：C” 2.669kj/(kg?k)3密度：Pc 493kg/m2)管程流體在定性溫度T下的物性數據:熱導率：b 0.01811w/(m?k)粘度： b 86.61 10 7 pa?s比熱：Cpb 1.693kj/(kg?kj)3密度：Pb 1.826kg/m2.2 工藝過

10、程計1）熱流量Q由公式可以確定此換熱器所通過的熱流量為Q qmiCpi(Ti T2) 187500 1.693 32 3.4 107W01042）計算平均傳熱溫差 tm其中：(T1 t2)(T2 t1). (T1 t2)ln -(T2 t1)T1殼程熱物流進口溫度，C丁2殼程熱物流出口溫度，Ct1管程冷物流進口溫度，ct2管程冷物流出口溫度，ctm 對數平均傳熱溫差，C3）換熱面積的計算Q KAtm0.36 Re0.55 Pr1/3()0.14duew其中:殼程流體的熱導率，W/(m K);de當量直徑，m；Re。一一管外流動雷諾數;Pr 流體在定性溫度下的普朗特數;流體在定性溫度下的粘度，P

11、as;w 流體在壁溫下的粘度，Pa so由上式可求得A Q 3.4 107216新Ktm 104 1507得出了換熱面積為216.8m2。根據以上進出口溫度參數及平均傳熱溫差，選擇浮頭是換熱器。參閱相關化工與石油化工單元設備標準JBT 4715-92固定管板式式換熱器型式與基本參數，初步選定換熱器換熱面積為216.8m2,其中公 稱直徑DN=1000mm ,傳熱管規格為25x2mm,傳熱管總長L=4500mm ,傳熱 管排管數Nt為1267根，中心排管數為39,折流板間距為450mm,換熱器長為7.37m。4)傳熱管排列方式及管心距傳熱管按正三角形排列，如圖所示。根據25 2mm的傳熱管規格，

12、取常用的管 心距t為31.25mm o圖 1 傳熱管正三角形排列方式5）殼體徑換熱器殼體徑取決于傳熱管數、 管心距和傳熱管的排列方式。 選用標準換熱器，忽略殼體壁厚，其殼體徑約為 D=1000mm ，采用無縫鋼管制作筒體。6）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的30%，切去的圓缺高度為：h 25% D 0. 251000250mm取折流板間距為：B 0. 5DN0. 5 1000500mm折流板數Nb為:Nb傳熱管長L折流板間距B4500 八9500折流板塊數為9BVE rni ；,«IM土工子GkEI*. HIM-ll WWWH策 frff：金廳近年，策士，龜及比蕓

13、受 三立,士之；石工況言吱心解工 T-4上老，整 管工壇土石工尹里上沙:粵工 *#!（耳胃至莒-ID*.m盧亨貴女刁式圣三上舉行六， 曰司-她國岳1通=£一星士三年葉二V三 七安園鼻坡史良T.6二三金塵!W 年二：工婚魂*G支Jt* W*F*£4,三星號手三t亳耳F 看HUT二產" 范升左五三之二手三差hLE,三H 汽：三£空七曰力&總y之聞,才華達步生“,曲為/4 工宰工工造龍牛Q息工藝&一了承*或三芝#巾，本-m*. 充， =r rFaaas-iD ：¥, *至，三飛I史莖配. 老二更文墾手下工氣主-£Md-HtfFF/I IIIT1 W£1.TCT；-J+ f*'2 7=1憶B»&