南京工业大学列管式换热器(材料工程原理)课程设计资料.pdf

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1、南 京 工 业 大 学 材料工程原理 B 课程设计 设计题目：列管式换热器设计 专业： 高分子材料与工程班级：浦高材 1203 学号： 23 姓名：王逸飞 日期：2014 年 12 月 22 日 2015年元月 05 日 指导教师：莫立武教授 设计成绩：日期： 南京工业大学本科生课程设计 2 “列管式换热器设计”任务书 （一）设计题目 列管式换热器设计混合气体处理能力226500kg/h （二）设计任务及操作条件 为满足某生产需要，需将混合气体采用循环冷却水冷却，使混合气体的温 度从 100冷却至 48，已知混合气体的压力为6.9Mpa，循环冷却水的压力为 0.4Mpa，循环水入口温度25，出

2、口温度42。要求处理混合气体的流量为 226500kg/h，试设计一台列管式换热器，完成该设计任务。 （三）混合气体在各定性温度下的有关物性数据： 名称密度 ? （kg/h） 热容 Cp? （KJ/kg ） 导热系数 ? （w/m） 粘度 ? （Pa*S） 混合气体90 3.297 0.0279 1.5* 5 10 （四）循环冷却水在各定性温度下的有关物性数据： 名称密度 ? （kg/m3） 热容 Cp? (KJ/kg ) 导热系数 ? （w/m） 粘度 ? （Pa*S） 冷却水994.30 4.174 0.624 0.679* 3 10 南京工业大学本科生课程设计 3 目录 第一章 概述 1

3、.1 换热器的应用及主要类型 4 1.2 列管式换热器的主要结构 5 第二章列管式换热器工艺的设计及计算 2.1 设计方案初选 6 2.2 估算传热面积 6 2.3 工艺结构尺寸的设计 8 第二章 列管式换热器工艺设计的核算 3.1 传热能力的核算 12 3.2 壁温的核算 15 3.3换热器内流体流动的阻力的核算 16 第三章 辅助设备的设计 4.1 管路系统原件的设计 17 4.2 泵的设计 17 4.3 风机的设计 19 第四章列管式换热器设计一览表 20 第五章设计总结 21 第七章参考文献 22 第八章设计附图 23 第九章答辩记录及评语 26 南京工业大学本科生课程设计 4 第一章

4、概述 1.1 换热器的应用 在工业生产中，为实现物料之间热量传递过程的设备统称为换热器。它是 化工、冶炼、机械和其它许多工业广泛应用的一种通用工艺设备，特别是对于迅 速发展的化工、 炼油等工业生产来说， 换热器尤为重要。 通常在化工厂的建设中， 换热器的投资约占总投资的1020%，在石油冶炼厂中约占全部工艺投资的 4050%。 换热器的类型随工业发展而扩大， 早期的换热设备犹如制造水平和科学水平 的限制，多有结构简单、 换热面积小和体积较大等的特点，后来列管式换热器的 诞生使其成为长期以来化工生产中使用的典型换热设备。 表 1-1 换热器的分类及主要性能比较 分类名称相对费用耗用金属 （kg/

5、m2） 最高操作压力 （MPa） 最高使用温度 （） 管 壳 式 固定管板式1 30 84 10001500 浮头式1.22 46 U 型管式1.01 填料函式1.28 板 式 波纹板式16 2.8 260360 螺纹板式0.6 50 4.0 1000 板翘式16 5.7 -269500 管 式 蛇管沉浸式100 100 喷淋式0.81.1 60 10 套管式0.81.4 150 100 800 空冷式 0.81.8 箱管式0.50.7 100 其它板壳式24 6.4 800 南京工业大学本科生课程设计 5 1.2 列管式换热器的主要结构 管壳式换热器 (列管式换热器 )适用于冷却、冷凝、加热

6、、换热、再沸、蒸发 和废热回收等方面。由于其具有结构牢、操作弹性大、可靠程度高、适应性强、 使用范围广等优点，在工程上使用广泛，特别是在高温高压下。只有当流量小、 压力与温度低， 特别是物流对碳钢具有腐蚀性或粘度很高时选用板式换热器，如 果流量小， 但压力或温度较高时选用套管式换热器。而具体的选用则需要综合多 种因素择优选择。常用列管式换热器的基本构型有一下几种。 （1）固定管板式换热器换热管束固定在两块管板上， 管板又分别焊在外壳的 两端，管子、管板和壳体都是刚性连接。当管壁与壳壁的壁温相差大于50时， 为减小或消除温差产生的热应力，必须设有温差补偿装置，比如波形膨胀节。固 定管板式换热器结

7、构较简单，制造成本低，管程可用多种结构，规格范围广，在 生产中广泛应用。 因壳侧不易清洗故不适宜较脏或有腐蚀性的物流的换热，适用 于壳壁与管壁温差小于70、壳程压力不高、壳程结垢不严重、并且可以用化 学方法清洗的场合。 （2）浮头式换热器一端管板与壳体固定，另一端管板可以在壳体内自由浮 动。壳体与管束对热膨胀是自由的，因而壳体与管束之间无温差应力。为了浮头 部分便于检修、安装和清洗， 浮头端常常设计成可拆卸结构，安装时要保证浮头 的密封，否则操作时无法知道内浮头端是否泄漏。浮头式换热器的应用比较普遍， 但结构复杂，相对费用较高 （3）U 形管式换热器管束弯成 U 形，两端固定在同一块管板上，壳

8、体与管 束分开，仅有一块管板，无浮头，可以不考虑温差补偿。 U 形管式换热器结构简单，管束可以从壳体内抽出，便于管外清洗。但管内 清洗困难，故管内必须是清洁和不易结垢的物流。管束中心存在空隙，流体易走 短路从而影响传热效果。管板上排管数较少，U 形管不能互换，结构不紧凑。 （4）填料函式换热器浮头部分与壳体采用填料函密封。 一是把填料函设置在 浮头端的接管处； 二是把填料函设置在管板处； 三是把浮头伸出空调外设置成外 填料函式。 填料函式换热器具有浮头式的优点， 又克服了固定管板式的缺点， 制造方便， 易于检修清洗。但是由于填料函密封性能的限制，目前只用于直径700mm 以下 南京工业大学本科

9、生课程设计 6 的换热器，大直径很少采用， 尤其在操作压力和温度较高时就更少采用。壳程内 不宜走易挥发、易燃、易爆及有毒物流。 第二章列管式换热器的设计及计算 2.1设计方案初选 一、选择换热器类型 考虑制造费用、 操作具体条件要求、维护费用及清洗的难易程度的因素，初 步选择固定管板式换热器（后续计算表明应该选择浮头式）。 二、流程安排 流程的安排应该考虑到一下原则： 1. 易结垢的流体应走易清洗的一侧。 2. 有时在设计上要提高流体的流速来提高传热膜系数，在这种情况下应将需 提高流速的流体放在管程。 3. 具有腐蚀性的流体应走管程。 4. 粘度大的流体应走壳程。 需要指出的是， 以上要求常常

10、不能同时满足， 故在设计中应该考虑其主要问 题。根据本次实验的要求，由于冷却水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程， 混合气体走壳程。从热交换角度，混合气体走壳程可以与空气进行热交换，增大 传热强度。选用 252.5 mm 的 10 号碳钢管。 三、确定物性数据 壳程混合气体的定性温度T：T? =100 T ? =48 T=(T ? +T? )/2=74 管程冷却水的定性温度t ：t ? =25 t? =42 t=(t? +t?)/2=33.5 各物性数据如表 2.1 名称密度 ? （ kg/h） 热容 Cp? （KJ/kg） 导热系数 ? （w/m） 粘度 ? （Pa*S） 混合气体903.2

11、970.0279 1.5* 5 10 名称密度 ? ? （ kg/m3） 热容 Cp? (KJ/kg ) 导热系数? （ w/m） 粘度 ? （Pa*S） 冷却水994.304.1740.624 0.679* 3 10 2.2估算传热面积 一、换热器的热负荷 换热器的热负荷是指在确定的物流进口条件下，使其达到规定的出口状态， 冷流体和热流体之间所交换的热量，或是通过冷、热流体间壁所传递的热量。在 热损失很小，可以忽略不计的条件下，对于无相变的工艺物流， 换热器的热负荷 由下式确定： 南京工业大学本科生课程设计 7 Q? = 1 m 1 cp 1t 式中Q? -热负荷， kJ/h； m?-工艺流

12、体的质量流速， kg/h； 1p c-工艺流体的热容， kJ/kg； 1 t -工艺流体的温度变化， * 由上式计算本次列管式换热器设计的热负荷： Q? = 1 m 1 cp 1 t =2265003.297 (10048) =38832006kJ/h =10787kw 二、冷却剂的用量 冷却剂的用量取决于工艺流体所需的热量及冷却剂的进出口温度，此外还与设备 的热损失有关。 而对于流体被冷却的情况， 工艺流体所放出的热量等于冷却剂所 吸收的热量与热损失之和，在实际设计中，为可靠起见，常可忽略热损失，以下 式计算冷却剂用量： 22 t 1 2 m p c Q 式中 2 m-冷却剂用量， kg/h

13、； 2 cp- 冷却剂热容， kJ/kg； 2 t - 冷却剂进出口温度的变化， * 由上式计算本次列管式换热器设计的冷却剂用量： 2 m= ）（254210174.4 1010787 3 3 =152.01kg/s=547270kg/h 三、平均传热温差 平均传热温差是换热器的传热推动力，其值不仅和进出口温度有关， 而且与 换热器内两种流体的流型有关。 对于逆流和并流，平均温差均可用换热器两端流体温度的对数平均温差表 示，即： 2 1 21 m t t tt t ln 式中 m t - 逆流 或并流的平均传热温差， ； 南京工业大学本科生课程设计 8 图 2-1 逆流： 1 t =T? 2

14、t 2 t =T? 1 t 并流： 1 t =T? 1 t 2 t =T? 2 t * 按逆流计算本次列管式换热器设计的平均传热温差： 2 1 21 m t t tt t ln = ）（ ）（ ）（）（ 2548 42100 ln 254842100 37.8 四、传热面积 对于传热面积的估算可根据流体的具体情况，参考换热器传热系数的大致范围选 取合适的 K 值，然后利用传热速率方程式，初步确定所需的传热面积： m K Q A t 1 式中A- 估算的传热面积， 2 m ； K- 选取的传热系数， w/ 2 m ； m t - 平均传热温差， 1 Q - 换热器的热负荷， kw 考虑到估算性质

15、的影响，常取传热面积为计算值的1.51.15倍。 * 根据本次设计的要求，查列管式换热器用作冷却器时的K 值范围表选择总 的传热系数 K=350w 2 m / 按逆流估算本次列管式换热器设计的 传热面积： m K Q A t 1 = 8.37350 1010787 3 =815.3 2 m 2.3 工艺结构尺寸的设计 一、选择管径及管内流速 若选择较小管径， 管内传热膜系数可以提高， 而且对于同样传热面积来说可 以减小壳体直径。但管径小，流动阻力大，机械清洗困难，设计时可根据具体情 况选用合适的管径。 根据本次设计要求及查常用换热管的规格和尺寸偏差表、列管式换热器中不 同粘度液体的最大流速表以

16、及列管式换热器常用流速，选择GB81638（碳钢） 5.225取管内流速 1 u1.3m/s 二、选择管长、确定管程数和总管数 南京工业大学本科生课程设计 9 选定管径和管内流速后，可由下式确定单程管数： ud V 2 1 1 4 n 式中 1 n -单程管数目； V-管程的体积流量， s/m 3 ； 1 d -传热管内径， m； u-管内流体流速，s/m 可得单程换热器的管长如下： 01 nd A L 式中L-按单程计算的管长， m ； A-估算的传热面积， 2 m ； 0d -管外径， m 如果按单程计算的管太长， 则应该采用多程管， 此时应按实际情况选择每程 管的长度。在选取管长时应注意

17、合理利用材料， 还要使换热器具有适宜的长径比。 列管式换热器的长径比可在425范围内，一般情况下为610。 确定了每程管子长度后即可求的管程数： l p L N 式中L- 按单程计算的管长， m； L- 选取的每程管长， m； p N-管程数（必须取整数） 则换热器的总管数为： 1pn NNT 式中 T N - 换热器总管数 * 由上式分别计算本次列管式换热器设计的管程数和传热管数： ud V 2 1 1 4 n= 3.102.0785.0 30.994/01.152 2 ）（ =374.3=375（根） 按单程管计算所需的传热管长度： 01 nd A L= 375025.014.3 3.81

18、5 =27.7m 因此按单程管设计时传热管过长，宜采用多程管结构。 根据本次设计的实际 情况，去传热管长l=7m，则该换热器的管程数为： l p L N = 7 7.27 =4（管程） 传热管总数 T N =3754=1500（根） 三、平均传热温差校正及壳程数 换热器的平均传热温差由下式计算： 12 21 tt TT R 冷流体的温升 热流体的温降 11 12 t-t tT P 两 流 体 最 初 温 差 冷 流 体 的 温 升 南京工业大学本科生课程设计 10 其中温差校正系数 t与流体的进出口 温度有关， 也与换热器的壳程数及管程数有 关（ t值可查温差校正系数图）。而一般 要求 t值不

19、得低于 0.8，否则会出现温度交 叉或温度逼近的情况， 此时应该采用多壳程 结构的换热器或多台换热器串联。 * 本次列管式换热器设计平均传热温差 的计算： 2542 48100 R =3.0 227.0 25100 2542 P 按单壳程，双管程，查温差校正系数图得 t=0.91 平均传热温差： 逆mt tt m = 0.9337.8=35.2 由于平均传热温差校正系数大于0.8 ，同时壳程流体流量较大， 故取单壳程合适。 四、管子排列 换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三 角形错列和同心圆排列，如下图所示。 (a) 正方形直列（b）正方形错列 (c) 三角形直列 （

20、d）三角形错列（e）同心圆排列 正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器， 常采用组合排列方式。 每程内都采用正三角形排列， 而在各程之间为了便于安装 隔板，采用正方形排列方式。 管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管 板与管子的连接可胀接或焊接。 * 本次列管式换热器的设计采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔 板两侧采用正方形排列。 取管心距322525.125.1 0 dt（mm ） 隔板中心到距离其最近一排管中心距离的计算：6 2 t S22（mm ） 即各程相邻的管心距为22 2=44（mm）管束的分程方法，由于每程各 有传热管

21、 375根，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按如图选取。 南京工业大学本科生课程设计 11 五、壳体内径 采用多管程换热器壳体的内径由下式计算： T N Dt05.1 式中 T N -传热管数目 -管板利用率（正三角形排列，2 管程，=0.70.85） 需要指出的是， 由此计算的内径仅做参考， 内径的可靠确定方法是按比例在管板 上画出隔板位置并进行排管，以此确定内径。 * 本次列管式换热器设计中取管板利用率=0.75，则有： ）（mm6.150275.0/15003205.1t05.1 T N D 按卷制壳体的金级挡，考虑到管板利用率为0.75，取 D=1500（mm） 六、折流板 安装折

22、流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果， 挡板 图 2-2 的形状和间距必须适当。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使 流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。 切去的弓形高度约 为外壳内径的 1040，一般取 25，过高或过低都不利于传热。 * 本次列管式换热器设计的折流板取圆缺形，圆缺的高度为壳体内径的25% 即： 3751500%25h（mm） 折流板间距B=0.3D=0.31500=450(mm) 折流板数 145 .141 450 7000 1 折流板间距 传热管长 B N（块） 七、其它主要

23、附件及接管 拉杆数量与直径可查拉杆直径与拉杆数表选取 * 本次列管式换热器设计的内径为1500mm 故其拉杆直径为 mm16，拉杆数量不得少于10 个。 圆 缺 形 . 圆 盘 形 南京工业大学本科生课程设计 12 在壳程入口处应该设置防冲挡板，如图2-3 图 2-3 换热器流体进出口接管不宜采用轴向接管，但如果必须采用轴向接管时， 应 考虑设置管程缓冲挡板， 而接管直径取决于处理量和适宜的流速，同时还应考虑 结构的协调性及强度要求。 * 本次列管式换热器设计中，对于壳程流体进出口接管，若取接管内流速为 s/m10u1，则接管内径为： 2 9 8. 0 1014.3 )903600/(2265

24、0044 1 1 u V D（m） 对于管程流体进出口接管，若取管内流体流速su/m5.2 2 则接管内径为： ）（m312.0 5.214.3 )3.9943600/(5472704 2 D 圆整后，取壳程流体进出口接管规格为mmmm 20400，取管程流体进出 口接管规格为mmmm 10350 第三章列管式换热器工艺设计的核算 3.1 传热能力的核算 核算的目的在于验证所设计的换热器是否能打到规定的热负荷，并留有一定 的传热面积裕度。 1、壳程流体传热膜系数的核算 克恩提出的对于采用圆缺形折流板时壳程流体的传热膜系数的计算式为： 14. 0 0 3/155.0 0 )(PrRe36.0 w

25、e d a 式中 0- 管外传热膜系数，/ 2 mw； -壳程流体的导热系数，/ mw e d - 当量直径， m； e R - 管外流动雷诺数； r P - 普兰特常数，取定性温度下的值 - 流体定性温度下的粘度，sPa； w- 流体壁温下的粘度， sPa 而当量直径 e d 随管子的布置方式而变化，对于采用三角形排列的情况： 南京工业大学本科生课程设计 13 0 4 0 2 ) 42 3 (4 d dt de 式中t-管间距， m； 0 d -传热管外径， m 雷诺数 0 ud R e e 0 0 0 S V u 0 V -壳程流体的体积流量，sm / 3 )1( 0 0 t d BDS

26、式中B-折流板间距， m； 0 d -管子外径， m； t- 管子间距， m * 本次列管式换热器设计中的壳程流体传热膜系数的核算： 用克恩法计算，其中当量直径： m d dt de.020 025. 014.3 )025.0758.0032.0 2 3 (4) 42 3 (4 22 0 2 0 2 壳程的流通截面积： 20 0 1 4 7 7.0) 032.0 025.0 1(5.145.0)1(m t d BDS 壳程流体的流速：smu/7 .4 1477.0 )903600/(226500 雷诺数： 564000 105 .1 907.402.0 5 e R 普兰特数： 773.1 02

27、79.0 105.110297.3 53 r P 粘度校正1 14.0 w 故 /8.8 8 47 7 3.15 6 4 0 0 0 02. 0 0279.0 36. 0)(PrRe36.0 2 3 1 55. 014.03/ 155. 00 0 mw d a we 2、管内传热膜系数的核算 若管程为流体无相变的传热，则通常情况下用下式计算其传热膜系数： n e i i R d aPr023. 0 8. 0 0 式中 )(3.0流体被冷却n 南京工业大学本科生课程设计 14 )(4.0流体被加热n 适用条件为低粘度流体（sPa 3 102） * 本次列管式换热器的管内传热膜系数的核算： 管程流

28、体流通截面积：)(1178.037502.0785.0 22 mSi 管程流体流速： smui/298.1 1178.0 )3 .9943600/(547270 雷诺数：38015 10678.0 3 .994298.102.0 3- e R 普兰特数：54.4 624.0 10678.010174.4 33 r P 故 /6 06 354.438015 02.0 624.0 023.0Pr023.0 24.08 .04. 0 8. 0 0 2 mwR d a ei 3、污垢热阻和管壁热阻的核算 由于目前处理物料种类繁多且操作条件复杂，以至于目前对污垢热阻的选取 主要凭经验数据（具体可查污垢热

29、阻的大致范围表） 而对于管壁热阻的计算可采用下式计算： w w b R 式中b-传热管壁厚， m； w-管壁导热系数， /wm（查常见金属材料到导热系数表） * 本次列管式换热器设计的污垢热阻及管壁热阻的核算 查污垢热阻的大致范围表，取 管外侧污垢热阻 / w00 0 2 6.0 2 0 mR 管内侧污垢热阻 / w0 0 0 5 8.0 2 1 mR 管壁热阻（查表知碳钢在设计条件下导热系数约为/w50 2 m） / w00005.0 50 0025.0 2 m b R w w 故总传热系数为： 1 0 11 0 1 0 0 0 11 1 d d d d R d d RR K m w ）（

30、20 25 6063 1 20 25 0058.0 22.5 25 .00005000026.0 8 .884 1 1 /4 2 7 2 mw 4、换热面积裕度的核算 在求的了平均传热温差和中传热系数后，对于确定的热负荷所需的传热面积 为： 南京工业大学本科生课程设计 15 m t n K Q A 1 据此数值根据换热器的实际传热面积可求出换热器的面积裕度： n n A AA F 0 为保证换热器操作的可靠性，一般应使换热器的面积裕度大于1020%，否 则应予以调整或重新设计，直至满足设计要求为止。 * 本次列管式换热器换热面积裕度的核算： 所需的传热面积 2 3 1 7.717 2.3542

31、7 1010787 m K Q A m t n 本次换热器设计的实际传热面积： 2 00 7 .82415007025.014.3mlNdA T 故该换热器的面积裕度为： %9 .14 7.717 7.7177.824 0 n n A AA F 因此该换热器的设计符合要求，能够完成生产任务。 3.2 壁温的核算 有些情况下，传热膜系数与壁温有关，在这种情况下，计算传热膜系数需先 假定壁温，求得传热膜系数后再核算壁温。另外，计算温差应力，检验所设计的 换热器型式是否合适，是否需要加设温度补偿装置等均需核算壁温。 对于稳定的传热过程，如果忽略污垢热阻，则有 )()( mwccwmnn ttATTA

32、Q 式中Q-换热器热负荷， w； m T -热流体平均温度，； w T -热流体侧的管壁温度，； m t -冷流体的平均温度，； w t -冷流体侧的管壁温度，； n-热流体侧的传热膜系数， / 2 mw； c-冷流体侧的传热膜系数， / 2 mw； n A -热流体侧的传热膜面积， 2 m ； c A -冷流体侧的传热膜面积， 2 m 当管壁热阻很小时，用下式计算壁温： n n c c n n mc c m RR RtRT t 11 ) 1 () 1 ( * 本次列管式换热器设计的壁温核算： 因管壁很薄， 且热阻很小，故管壁温度可由上式计算。并且由于本次设计换 热器用循环水做冷却剂， 当冬季

33、操作时循环水进口的温度会明显降低，为确保安 南京工业大学本科生课程设计 16 全可靠取循环水进口温度为15，出口温度为 36计算壁温。并且取两侧污垢 热阻为零来计算。于是有： nc n m c m tT t 11 式中8 .25156.0424.06.04 .0 12 tttm 74)48100( 2 1 )( 2 1 21 TTTm /6 0 63 2 mw ic /8 .884 2 0 mw n 传热管平均壁温： 93.31 8.88416063/1 8 .8848.25606374 t 而壳体温度可以近似取味哦壳程流体的平均温度：T=75 4393.3175 t 此温差较大，故需设置温度

34、补偿装置。而由于换热器课程流体的压力较高， 因此需选用浮头式换热器。 3.3换热器内流体流动的阻力的核算 1、管程流体阻力核算 对于无相变的换热器， 管程流体的阻力等于流体流经传热管直管阻力和换热 器管程局部阻力之和，即： tpsi FNNPPP)( 21 式中 1 P -单程直管阻力； 1 p -局部阻力； s N -壳程数； p N -管程数； t F -直管阻力结垢校正系数（近似 1.5）； i P -管程总阻力 其中 2 2 1 11 u d l P ）取（ 一 般 情 况3 2 2 1 u p * 本次列管式换热器的设计中管程流体阻力的核算： 根据设计计算，1 s N4pN 由 38

35、015 e R ，传热管相对粗糙度为0.01，查莫狄图 1 0.04，流速 smu/499.1， 3 /30.994mkg 故： Pa u d l P11140 2 3.994298.1 02.0 7 04. 0 2 22 1 11 Pa u p2513 2 3.994298.1 3 2 22 1 管程流体阻力在允许范围内。 2、壳程流体阻力核算： 对于圆缺形折流板时壳程流体阻力采用贝尔方法计算： sti NFPPP)( 01 南京工业大学本科生课程设计 17 式中 1 P -壳程总阻力； 0 P -流过管束的阻力； i P 流 过折流板缺口的阻力； t F -壳程校正系数（对气体1.0 ，对

36、液体 1.15） s N- 壳程数 其中 2 )1( 2 0 00 u NNFfP BTC 2 ) 2 5 .3( 0 u D B NP Bi * 本次列管式换热器的设计中壳程流体阻力的核算： 取 s N =1, t F =1, smu/7.4 0 ，流体流经管束的阻力损失： F=0.5 24.05640000.5 228.0 0 f 14 B N 6.4215001 .11 .1 5 .05 .0 NNTC PaP77551) 2 907.4 ()114(6.3824.05.0 2 0 流体流过折流板缺口的阻力损失： 由 B=0.4m D=1.25m 则： Pa u D B NP Bi 4.

37、40358 2 907 .4 ) 5 .1 45.02 5.314 2 ) 2 5 .3( 2 0 （ 总阻力损失： 5 1 1018.17755140358PPa 由于所设计即日起壳程流体的操作压力较高，故此阻力损失也较适宜。 第四章 辅助设备的设计 4.1 管路系统原件的设计 1、管件选取 综合操作条件下压力、温度以及经济的要求，选用压力配管用碳素钢管 STPG35、38、42（JIS G3454） 2、管接头、阀门、龙头的选取 由于单管的长度多为5m、6m 或 16ft（英尺）、20ft，而本次设计管长达10m （非标设计）， 故管接头的选取尤为重要。 管接头一般有焊接接头和法兰街头两

38、类。虽然在可装卸接头中螺旋式管接头的应用最为广泛，但由于气密性和腐蚀性 的问题不宜用于化工厂，所以本次设计选用法兰作为管接头。（具体法兰以及密 封垫的尺寸可查表选用） 阀门、龙头的选取参照JIS B20112062(注意标明阀的开度、开关方向，以 防由于操作失误而发生事故) 4.2 泵的设计 1、确定泵进出口的直径 泵吸入口的流速一般取为 3m/s 左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取 大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑，应减小 吸入流速；对于高汽蚀性能要求的泵，进口流速可以取到1.0-2.2m/s 。 * 本次离心泵设计中取流速2.2m/s， 而冷却水流量hmQ/

39、4.5503 .994/547270 3 则由下式计算进口直径： 南京工业大学本科生课程设计 18 )(297 14.32. 2 3600/4 .55044 mm V Q D s s 出口直径： )(24181.0mmDD sd 2、泵转速的确定 从汽蚀比转数公式 可知，转速 n 和汽蚀基本参数和 C有确定的关系（假定NpSH =2.6） 则泵的安装高度： =)(16.56 .2 8.93 .994 104.0 8 .990 109.6 33 m NPSHr = NPSHa/1.3 = 2 （m ） 故 4343 2 3600/4 .55062.562.5nQn C r h 一般的清水泵 C值

40、大致在 8001000左右，选 C=1000 ，则有 n=800（rpm） 3、确定泵的功率及工作效率 首先确定比转速（扬程H=60m） 0.53 60 3600/4.55080065.3 65.3 4/34/3 H Qn ns 估算容积效率： 91.0 0 .5368.01 1 1 68.01 1 1 3/232 s v n 估算机械效率： 774.0 0.53/8201 1 8201 1 22 s m n 估算水力效率（设计总效率70% ） %4 .99 774.091.0 7.0 vm h 轴功率 Kw QH P a 91 3600994.01000 60554108.9 1000 3

41、配套电机功率 (K 为工况变化系数， K=1.11.2) KwKPP ac 1091642.1 4、选择叶片数 南京工业大学本科生课程设计 19 对于)2506(0.53 s n,取 Z=6(片) 5、计算叶轮直径 0 0 2 V VKgH查泵产品设计规程图1-1-15 得 0 V K=0.20 smV/859.6608.922 .0 0 求通过叶轮的流量Q s v m Q Q /3 169.0 91.0 3600/554 求叶轮进口直径 : )(177 4 859.614. 3 169. 04 0 0 mm V Q D 4.2 风机的设计 对于混合气体输入设备的选取，由于混合气体压力为6.9

42、MPa ，故普通的通 风机和鼓风机是无法完成输送任务的，因此需选择压缩机来完成输送任务。理论 上选择活塞式压缩机可在较高效率下完成输送任务，但考虑设计难度以及经济 性，选择离心式压缩机。 离心压缩机主要由叶轮和机壳组成，小型压缩机的叶轮直接装在电动机上， 中、大型压缩机通过联轴器或皮带轮与电动机联接。离心式压缩机一般为单侧进 气，用单级叶轮；流量大的可双侧进气，用两个背靠背的叶轮。 由于离心式压缩机的设计过程繁琐， 使用离心泵的设计思路无法完成设计任 务或设计不合理，因此直接选用 BCL406 型离心式压缩机来完成混合气体的输送 任务（最高操作压力以及操作温度均在设计要求范围内）。 南京工业大

43、学本科生课程设计 20 第五章 列管式换热器设计一览表 换热器型式： 浮头式换热器 换热器换热面积， 2 m 824.7 工艺参数 名称管程壳程 物料名称循环水混合气体 操作压力， MPa0.4 6.9 操作温度，25/42 48/100 流量，hKg / 567270 226500 流体密度， 3 / mKg 994.3 90 流速，sm /1.298 4.7 总传热系数，/ 2 mw 427 传热膜系数，/ 2 mw 6063 884.8 污垢热阻，/ 2 mw 0.00058 0.00026 流体阻力， Pa 11140 77550 程数4 1 南京工业大学本科生课程设计 21 使用材料碳钢碳钢 项目数据项目数据 管子规格5. 225管数 1500 管长， mm 7000 管间距， mm 32 排列方式正三角形 折流挡板型式上下换热面裕度19.8% 切口高度 25% 缺口阻力， Pa 40358 保温层厚度， mm 无 折流板间距，mm450 管心距 mm44 壳体外径，mm 1636 折流板数 14