u型管换热器设计综合实训总结报告(编辑修改稿)

u型管换热器设计综合实训总结报告(编辑修改稿)内容摘要：

4QK S  选W/(m2 k) 折流板直径 与 数量及有关尺寸的确定 选取折流板与壳体间的间隙为 ，因此： 折流板直径 2 700 6 694cDD     mm 切去弓形高度 0 .2 5 0 .2 5 7 0 0 1 7 5hD   mm 折流板数量 39。 0  hLNB 取折流板间距 0h =300mm，那么 6000 1 1 9300BN    块。 实际折流板间距 查标准手册得 300mmh 选用 Ф12mm 的钢拉杆 [3]，数量 6 条，定距管采用与换热器相同的管子 ，即25mm  钢管。 温度补偿圈的选用 ℃ 60252 1 1 01 5 022 2121  ttTT ，故需考虑设置温度补偿圈。 换热器校核 管程压力降校核（原油走管程） 管程压力降可由一般的摩擦阻力公式求得 [2]： PSti NNFPPP )( 21  （ 29） 石化装备设计综合实训总结报告 11 式中 iP —— 管程总压力降， Pa； 21 PP  、 —— 分别为单程直管阻力与局部阻力， Pa； tF —— 校正系数，对于 25mm  管子，取 tF ； sN —— 串联壳程数； pN —— 管程数。 据上述结果可知：管程数 pN =2，串联壳程数 sN =1；对于 25mm  的换热管，结构校正系数为 tF。 221 ii udLP  （ 210） )2(3 22 iuP  （ 211） 由于 24 3 8 3 5 3 . 93 . 1 4 0 . 0 2 3 4 2iG N/m 30. 02 35 3. 9Re 21 492. 9 10iii dG    取  mm，那么 id，可查得  ，故 2 21 6 8 1 5 0 . 4 9 90 . 0 2 9 8 9 0 7 . 12 0 . 0 2 2ii uLP P ad        2 22 815 3      Pa 6( 9 0 7 . 1 3 0 4 . 4 ) 1 . 4 1 2 3 3 9 2 . 2 1 0iP        Pa，满足要求。 壳程压强降（油品走壳程） 当壳程无挡板时，流体顺着管束流动，此时壳程流体压力降可按下式计算 [2]： ssNFPPP )( 39。 239。 10  （ 212） 式中 0P —— 壳程总压力降， Pa； 石化装备设计综合实训总结报告 12 1P —— 流体流过管束的压力降， Pa； 2P —— 流体流过折流板缺口的压力降 ， Pa。 sF —— 结垢校正系数，对于液体， sF =； sN —— 壳程数。 其中流体流经管束的压强降 [2]： 2)1( 20039。 1 uNNFfP BC  （ 213） 2)( 202 uDhNP B  （ 214） 式中： BN —— 折流板数目； CN —— 横过管子中心数； 0f —— 壳程的摩擦系数； F—— 管子排列方式对压力降的校正因数； 0u —— 壳程流体横过 管束的最小流速， m/s； h—— 折流板间距， m。 由于，管子排列方式对压强降的校正因子， F=，壳程流体的摩擦系数： Re5 f ，横过管子中心数：  ，折流板数： 19BN  块 00Re ude （ 215） 其中： 01 ])(4)03 (23[44)23(4 220202  ddtd e m 0 0 030 0 .7 0 5( ) 6 3 0 0 .3 ( 0 .7 1 9 0 .0 2 5 )( 1 )ss cVVu dh D n dhD t       m/s 故0 30 . 0 1 8 1 0 . 9 9 6 3 0R e 2 4 5 9 . 2 2 0 0 05 . 2 1 0    0 . 2 2 80 5 (2 4 5 9 . 2 ) 0 . 8 4 3f    石化装备设计综合实训总结报告 13 239。 1 630 20 202092P Pa      N/m 2 239。 02 2 2 0. 3 63 0 0. 70 5( 3. 5 ) 19 ( 3. 5 ) 11 15 1. 32 0. 7 2B uhPN D         Pa )(1单壳程SN 故有： 0 1 . 1 5 (2 0 1 4 9 1 1 1 5 1 . 3 ) 2 4 4 9 5 . 3P P a    610 Pa，满足要求。 校核总传热系数 列管式换热器面积是以传热管外表面积为基准，在利用关联式计算总传热系数也应以管外表面积为基准，其计算公式为 [2]： iiisimWso ddddRddRRK  0000011  （ 216） 式中： 0K —— 总传热系数 W/(m2  k） ； 0、i —— 分别为管程和壳程流体的传热膜系数， W/(m2  k） ； sosi RR、 —— 分别为管程和壳程的污垢热阻； 10soR  m2 k/w； wR —— 导热率， m2 k/W； 0ddi、 —— 分别为传热管内直径、外直 径， m。 其中 : 000 )( wed   （ 217） ii dNu （ 218） wNu   （ 219） 式中： 0 —— 壳程流体传热膜系数， W/( 2m K)。 i—— 管程流体传热膜系数， W/( 2m K)。 0 —— 壳程流体的导热系数 ， W/( 2m K)。 石化装备设计综合实训总结报告 14 ed —— 当量直径； m； —— 流体在定性温度下的粘度， Pa S。 w —— 流体在壁温下的粘度， Pa S； Pr—— 普兰特准数。 由上述公式则有： 10 . 5 5 0 . 1 40 3001330 . 5 5 320 .3 6 Re Pr0 .1 1 9 2 .2 1 0 5 .2 1 00 .3 6 ( 2 4 5 9 .2 ) ( ) 1 .0 50 .0 1 8 1 0 .1 1 98 2 1 .3 / ( )wedW m K       1 31 3 6 R e P r 6 ( 245 ) ( 96. 13 ) 5wNu     0 . 1 1 9 1 2 4 . 97 4 3 . 20 . 0 2i iNud   W/( 2m K) 故：011 0 .0 0 2 5 0 .0 2 5 0 .0 0 0 1 7 2 0 .0 2 5 0 .0 2 50 .0 0 0 1 7 28 2 1 .6 4 5 0 .2 2 5 0 .0 2 7 4 3 .2 0 .0 22 9 8 .7K        W/( 2m K) 00 ( )2 9 8 . 71 . 3 32 2 3 . 2KK 选 一般 比值在 到 之间，本设计的换热器 可适用，但传热面积稍大的要取更合理的设计。 石化装备设计综合实训总结报告 15 第 3 章 换热器的结构设计 筒体部分计算 筒体部分计算包括筒体厚度计算以及应力的校核 筒体厚度的计算 根据工作条件选择壳程圆筒的材料为 Q245R 钢板，在设计温度 200℃ 时许用应力为 [ ] 131t  MPa ，常温时 许用应力为 148][  MPa ， 屈服极限245s  MPa。 按 GB150— 2020 标准中，壳程圆筒计算厚度 [5] C2[ ]cit cPD P  （ 31） 式中：  —— 筒体厚度， mm； iD —— 外壳内直径， mm； t][ —— 材料在设计温度下的许用应力， MPa； —— 焊缝系数；本设计采用双面焊缝取  ； cP—— 设计压力， MPa；取 cP = C—— 腐蚀裕度， mm。 可在 mm 范围内，根据流体的腐蚀性而定。 本设计取 2C mm。 故有： 1 . 1 7 0 0 2 3 . 4 72 [ ] 2 1 3 1 0 . 8 5 1 . 1cid t cPD CP         mm 考虑到安全系数，以及开孔强度等措施， GB150— 2020 中规定当壳体内径石化装备设计综合实训总结报告 16 700iD mm 时，壳体的最小厚度为 10mm，则取 10n mm即 8e mm。 壳体圆筒的液压试验及压力试验时应力校核 试验液体为水，试验压力 TP 按 GB150— 2020 或 TSG R0004— 2020 计算 [ ] [ ] 131Tc tPP    MPa 压力试验时，圆筒的总体薄膜应力按下式 [4]： () 1 . 5 5 ( 7 0 0 8 ) 8 0 . 7 0 . 9 1 8 7 . 42 2 8 0 . 8 5T i eTsePD M P a      MPa 椭圆封头计算 根据工作条件选择封头的材料为 Q245R，在设计温度为 200℃时许用应力为[ ] 131t  MPa。 按 GB1502020 中，封头壁厚公式 CPDKPcticd   ][2 (32) 式中： d —— 封头厚度， mm。 K —— 形状系数，这里由于封头是标准的，故取 1K . 则有： 1 1 . 1 7 0 0 2 3 . 4 72 [ ] 0 . 5 2 1 3 1 0 . 8 5 0 . 5 1 . 1Cid t cK P D CP          mm 取 22C mm， (3. 77 2 0. 3 ) 6n    mm。 考虑到安全系数以及开孔补强等措施， GB150— 2020 中规定封头内径700iD mm 时，最小厚度不小于 8mm，筒体厚度为 10n mm，则封头 n =10mm 在 GB1502020 中可查出该封头的参数：封头深度 200H mm，直边长h=25mm，筒体名义厚度为 10mm，封头容积为  m3。 石化装备设计综合实训总结报告 17 法兰的 选取 查 JB47002020 压力容器法兰可选 甲型平焊法兰 其具体尺寸如 表 32[6]：（单位为 mm） 图 31 甲型平焊法兰示意图（凹面） 图 32 甲型平焊法兰示意图（凹面） 表 31 法兰参数表 D 1D 2D 4D 5D  H  d 螺柱 规格 数量 830 790 755 743 742 46。