合成氨裝置-中溫加壓變換第一熱交換器設(shè)計(jì)【浮頭式換熱器含11張CAD圖帶外文翻譯】
【需要咨詢購(gòu)買全套設(shè)計(jì)請(qǐng)加QQ1459919609】圖紙預(yù)覽詳情如下：
充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609I合成氨裝置-中溫加壓第一熱交換器摘 要：本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一臺(tái)適用于合成氨變化工段的浮頭式換熱器，要求是滿足中溫加壓變化工藝。本換熱器傳熱系數(shù)為 17W/m2.℃ ，換熱面積為 682.5m2，傳熱面積裕度 36%，公稱直徑為 DN=1500mm，換熱器總長(zhǎng)約為 11300mm，設(shè)備凈重 26383kg，充滿水時(shí)設(shè)備最大重量為 38083kg，換熱面積為 682.5m2，屬于第Ⅱ類壓力容器。半水煤氣與變換氣危害程度是中度，屬于第一組介質(zhì)。換熱管選用規(guī)格為 φ 25×2.5mm 的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度 9m，排列方式轉(zhuǎn)角正方形。半水煤氣走殼程，變換氣走管程，殼程的設(shè)計(jì)壓力 2.31Mpa，設(shè)計(jì)溫度是 170℃；管程設(shè)計(jì)壓力是 1.98Mpa、設(shè)計(jì)溫度是350℃。本換熱器是單殼程雙管程。殼體壁厚 20mm，材料是 Q345R，前管箱封頭是EHA1500×20-Q345R,，后管箱 EHA1600×20-Q345R，球冠形封頭是SDH1500×24(19.7)-Q345R；管板材料是 16MnⅡ鍛件，固定管板厚度 128mm，浮動(dòng)管板厚度 110mm。容器法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，除浮動(dòng)管箱的法蘭為 DN1600mm，其余三個(gè)法蘭均為 DN1500mm，浮頭法蘭厚度計(jì)算得 120mm。折流板計(jì)算時(shí)取 18 塊，實(shí)際繪圖時(shí)為 16 塊折流板，間距 450mm，上下布置。管程需要設(shè)置防沖板，接管均選取外徑 530mm，管程接管壁厚是 48mm，殼程接管壁厚 42mm。最后選取固定端管箱用 Solid works 三維建模，并進(jìn)行有限元進(jìn)行分析。 關(guān)鍵詞：浮頭式換熱器；工藝計(jì)算；結(jié)構(gòu)計(jì)算；有限元分析充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609IISynthetic ammonia plant - medium temperature pressurized first heat exchangerAbstract： This design requires the design of a floating head heat exchanger suitable for the ammonia synthesis section. The requirement is to meet the medium temperature pressure change process. The nominal diameter of the heat exchanger is DN=1500mm, the total length of the heat exchanger is approximately 11300mm, the net weight of the equipment is 26383kg, the maximum weight of the equipment when water is full is 38083kg, and the heat exchange area is 682.5m2, which belongs to the pressure vessel of the second type. Half-water gas and shift gas damage is moderate, belonging to the first group of media. The heat exchange tubes are made of standard seamless steel tubes with a size of φ25×2.5mm, with a length of 9m and an arrangement of square corners. The half-water gas goes through the shell process, shifts the gas to go through the tube process, the design pressure of the shell process is 2.31Mpa, the design temperature is 170°C; the design pressure of the tube process is 1.98Mpa, and the design temperature is 350°C. The heat exchanger is a single-shell dual-tube process. The shell thickness is 20mm, the material is Q345R, the front tube box head is EHA1500×20-Q345R, the rear tube box EHA1600×20-Q345R, the spherical head is SDH1500×24 (19.7)-Q345R; tube sheet material 16Mn II forgings, fixed tube plate thickness 128mm, floating tube plate thickness 110mm. The container flange is a long neck butt welding flange, except for the floating tube box flange DN1600mm, the remaining three flanges are DN1500mm, the floating head flange thickness is calculated as 120mm. The calculation of baffle plates takes 18 pieces and the actual drawing time is 16 pieces of baffles, with a spacing of 450 mm and arranged up and down. The tube process needs to set the anti-shunt plate. The outer diameter of the tube is 530mm, the wall thickness of the tube-receiving tube is 48mm, and the wall thickness of the tube shell is 42mm.Finally, the fixed-end tube box was selected for three-dimensional modeling with Solid works, and finite element analysis was performed.Key words: loating head heat exchanger； process calculation;；structural calculation；finite element analysis．充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609III術(shù) 語(yǔ) 表 t 管 程 介 質(zhì) 定 性 溫 度 ℃ T 殼 程 介 質(zhì) 定 性 溫 度 ℃ i? 管 程 介 質(zhì) 密 度 3kg/m O? 殼 程 介 質(zhì) 密 度 3kg/m pc 管 程 介 質(zhì) 定 壓 比 熱 容 J()?℃ poc 殼 程 介 質(zhì) 定 壓 比 熱 容 J()?℃ i?管 程 介 質(zhì) 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 2W/℃ ? 殼 程 介 質(zhì) 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 2W/℃ ? 管 程 介 質(zhì) 粘 度 Pas? ? 殼 程 介 質(zhì) 粘 度 Pas? K估 總 傳 熱 系 數(shù) 估 計(jì) 值 Q 換 熱 量 k mt? 對(duì) 數(shù) 平 均 溫 差 ℃ oq 殼 程 介 質(zhì) 粘 度 3/h S 換 熱 面 積 3 u 管 程 介 質(zhì) 流 速 值 ms sn單 程 換 熱 管 數(shù) L 換 熱 管 長(zhǎng) 度 N估 換 熱 管 估 計(jì) 值 pN 管 程 數(shù) a 管 心 距 cn 橫 過(guò) 中 心 線 管 數(shù) td 換 熱 管 內(nèi) 徑 D 殼 體 內(nèi) 徑 ? 管 板 利 用 率 .0d 換 熱 管 外 徑 h折 流 板 圓 缺 高 度 m B 折 流 板 間 距 m pN 折 流 板 數(shù) i 布 管 圓 限 定 圓 直 徑 o? 殼 程 傳 熱 系 數(shù) e 當(dāng) 量 直 徑 S 殼 程 流 通 截 面 積 2 ou 殼 程 介 質(zhì) 實(shí) 際 流 速 /s Re 殼 程 雷 諾 數(shù) Pr 殼 程 介 質(zhì) 普 朗 特 數(shù) i管 程 流 通 截 面 積 i 管 程 介 質(zhì) 實(shí) 際 流 速 / 管 程 雷 諾 數(shù) 管 程 介 質(zhì) 普 朗 特 數(shù) i? 管 程 傳 熱 系 數(shù) 2W/(m)?℃ siR 管 程 污 垢 熱 阻 so 殼 程 污 垢 熱 阻 K 實(shí) 際 總 傳 熱 系 數(shù) 值 2W/(m)?℃ pS 實(shí) 際 傳 熱 面 積 H 面 積 裕 度 i??管 程 流 動(dòng) 阻 力 Pa sF 結(jié) 構(gòu) 矯 正 系 數(shù) sN 殼 程 數(shù) ? 傳 熱 管 壁 相 對(duì) 粗 糙 度 o 殼 程 流 動(dòng) 阻 力 ip? 流 體 流 經(jīng) 管 束 的 阻 力 Pa p 流 體 流 經(jīng) 折 流 板 的 阻 力 of 殼 程 流 通 摩 擦 系 數(shù) s 殼 程 設(shè) 計(jì) 壓 力 MPa t 管 程 設(shè) 計(jì) 壓 力 M l液 柱 靜 壓 力 ? 計(jì) 算 厚 度 m it 管 程 設(shè) 計(jì) 溫 度 ℃ o 殼 程 設(shè) 計(jì) 溫 度 ℃ []st? 殼 程 設(shè) 計(jì) 溫 度 下 許 用 應(yīng) 力 []t? 管 程 設(shè) 計(jì) 溫 度 下 許 用 應(yīng) 力 Pa 1C 鋼 板 負(fù) 偏 差 m 2C 腐 蝕 余 量 s? 殼 程 焊 接 接 頭 系 數(shù) t? 管 程 焊 接 接 頭 系 數(shù) t殼 體 壓 力 Pa d? 設(shè) 計(jì) 厚 度 n? 名 義 厚 度 e 有 效 厚 度 m 充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609IV術(shù) 語(yǔ) 表 （ 續(xù) ） et? 接 管 有 效 厚 度 m h 接 管 外 伸 高 度 m 1A 封 頭 多 余 金 屬 面 積 2 2A 接 管 多 余 金 屬 面 積 2 3 接 管 區(qū) 焊 縫 面 積 ? 有 效 補(bǔ) 強(qiáng) 面 積 aL接 管 和 封 頭 的 距 離 bL 接 管 和 封 頭 的 距 離 c 接 管 與 封 頭 的 距 離 1F 溫 差 引 起 的 軸 向 力 N 2F 流 體 壓 力 引 起 的 殼 壁 軸 向 N 3 流 體 壓 力 引 起 的 管 壁 軸 向 力 tA 管 壁 總 截 面 積 2m sA 殼 壁 總 截 面 積 2m sT 管 壁 溫 度 ℃ 1? 冷 流 體 對(duì) 流 傳 熱 系 W/()?℃ 2?熱 流 體 傳 熱 系 數(shù)2W/()?℃ tT 管 壁 溫 度 ℃ tE 管 子 的 彈 性 模 量 MPa sE 殼 體 的 彈 性 模 量 MPa Q 內(nèi) 壓 產(chǎn) 生 的 總 軸 向 載 荷 N mQ 殼 程 流 體 作 用 在 管 板 上 的 力 N t 管 程 流 體 作 用 在 管 板 上 的 k 管 程 流 體 作 用 在 頂 蓋 上 的 力 q換 熱 管 拉 脫 力 l 焊 腳 高 度 m rC 系 數(shù) i 換 熱 管 回 轉(zhuǎn) 半 徑 cl 換 熱 管 失 穩(wěn) 當(dāng) 量 長(zhǎng) 度 換 熱 管 失 穩(wěn) 許 用 應(yīng) 力 b 管 板 名 義 厚 度 m l 相 鄰 折 流 板 間 距 f?’ 殼 體 法 蘭 厚 度 'f? 管 箱 法 蘭 厚 度 aW預(yù) 緊 狀 態(tài) 需 要 最 小 螺 栓 載 N GD 墊 片 壓 緊 力 作 用 中 心 直 徑 A 預(yù) 緊 狀 態(tài) 需 要 最 小 螺 栓 2 pW 最 小 螺 栓 載 荷 N m 需 要 螺 栓 面 積 2 A 操 作 狀 態(tài) 需 要 最 小 螺 栓 面 2m 1M 系 數(shù) mM 基 本 法 蘭 力 矩 ? r? 管 板 徑 向 應(yīng) 力 Pa Y 系 數(shù) ，管 板 布 管 區(qū) 周 邊 處 徑 向 Mpa ??tr? 設(shè) 計(jì) 溫 度 管 板 材 料 許 用 應(yīng) MPa ,f 殼 體 法 蘭 應(yīng) 力 p? 布 管 區(qū) 周 邊 剪 切 應(yīng) 力 ?? 殼 體 法 蘭 許 用 應(yīng) 力 1 筒 體 質(zhì) 量 kg 2m 管 箱 質(zhì) 量 kg 3m 管 板 質(zhì) 量 4 容 器 法 蘭 質(zhì) 量 5 封 頭 質(zhì) 量 6接 管 法 蘭 質(zhì) 量 7 折 流 板 質(zhì) 量 8 管 束 質(zhì) 量 9 分 程 隔 板 質(zhì) 量 kg 10 介 質(zhì) 質(zhì) 量 kg 總 質(zhì) 量 aR 圓 筒 平 均 半 徑 ih 封 頭 曲 面 深 度 m L 封 頭 切 線 間 距 m 0F 封 頭 質(zhì) 量 反 力 N i封 頭 質(zhì) 量 彎 矩 N? M 鞍 座 界 面 軸 向 彎 矩 ? A 鞍 座 外 伸 長(zhǎng) 度 B 鞍 座 外 伸 長(zhǎng) 度 0b 鞍 座 腹 板 厚 度 rb 鞍 座 墊 板 有 效 寬 度 充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609V目錄摘 要 .........................................................................................................................................IABSTRACT...............................................................................................................................II1 緒論 ..........................................................................................................................................71.1 生產(chǎn)合成氨的工藝介紹 ......................................................................................................71.2 變換工段簡(jiǎn)介 ......................................................................................................................81.3 管殼式換熱器的簡(jiǎn)介 ..........................................................................................................82 換熱器的工藝計(jì)算 .................................................................................................................92.1 換熱器的工藝計(jì)算流程圖 ..................................................................................................92.2 原始數(shù)據(jù)給定與物料成分說(shuō)明 ........................................................................................102.3 換熱器類型、流動(dòng)空間和流動(dòng)方式初選 ........................................................................112.4 物料定性溫度與該溫度下的物料參數(shù)確定查取 ............................................................112.5 換熱器工藝數(shù)據(jù)計(jì)算 ........................................................................................................122.6 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 ............................................................................................................122.7 熱力核算 ............................................................................................................................152.8 管殼間壁溫差與接管尺寸 ................................................................................................172.9 換熱器內(nèi)流體的壓強(qiáng)校核 ................................................................................................172.10 工藝計(jì)算數(shù)據(jù)表匯總 ......................................................................................................183 熱交換器的結(jié)構(gòu)計(jì)算 ...........................................................................................................213.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選定 ................................................................................................................213.2 殼體壁厚的計(jì)算與校核 ....................................................................................................213.3 管箱尺寸的計(jì)算與校核 ....................................................................................................223.3.1 固定端管箱厚度計(jì)算 .....................................................................................................223.3.2 浮動(dòng)管箱 .........................................................................................................................233.3.3 固定端管箱封頭 .............................................................................................................243.3.4 浮頭管箱封頭 .................................................................................................................253.4 管板 ....................................................................................................................................253.4.1 固定管板 .........................................................................................................................263.4.2 計(jì)算布管限定圓 .............................................................................................................273.4.3 浮動(dòng)管板計(jì)算 .................................................................................................................273.4.4 鉤圈式浮頭的尺寸 .........................................................................................................313.4.5 球冠形封頭計(jì)算 .............................................................................................................323.4.6 浮頭法蘭計(jì)算 .................................................................................................................333.4.7 鉤圈計(jì)算 .........................................................................................................................343.5 接管與管法蘭以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ....................................................................................373.5.1 接管計(jì)算 .........................................................................................................................373.5.2 接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 .........................................................................................................38充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609VI3.5.3 接管最小安裝位置計(jì)算 .................................................................................................413.5.4 管箱尺寸確定方法 .........................................................................................................423.6 法蘭 ....................................................................................................................................423.6.1 固定管箱法蘭 .................................................................................................................423.6.2 外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭 .........................................................................................433.6.3 管法蘭 .............................................................................................................................443.7 折流板的厚度及空間布置 ................................................................................................453.8 防沖板和導(dǎo)流筒的設(shè)置 ....................................................................................................453.8.1 管程防沖結(jié)構(gòu) .................................................................................................................453.8.2 殼程防沖結(jié)構(gòu) .................................................................................................................463.9 拉桿的尺寸 ........................................................................................................................463.10 分程隔板 ..........................................................................................................................473.11 換熱器各部分質(zhì)量計(jì)算 ..................................................................................................473.12 鞍式支座的選取與校核 ..................................................................................................503.13 管箱吊耳的選取 ..............................................................................................................503.14 標(biāo)牌選取 ..........................................................................................................................504 固定端管箱的有限元分析 ...................................................................................................524.1 工程背景 ............................................................................................................................524.2 設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)為實(shí)驗(yàn)問(wèn)題 ....................................................................................................524.3 SOLIDWORKS 建模以及有限元分析報(bào)告 ...........................................................................534.4 材質(zhì)屬性 ............................................................................................................................554.5 負(fù)載和夾具 ........................................................................................................................554.5 網(wǎng)格信息 ............................................................................................................................564.6 合力信息 ............................................................................................................................574.7 算例結(jié)果 ............................................................................................................................574.8 結(jié)論 ....................................................................................................................................595 經(jīng)濟(jì)核算 ...............................................................................................................................606 總結(jié) .......................................................................................................................................61參 考 文 獻(xiàn) .............................................................................................................................62致 謝 .........................................................................................................................................64充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 7 頁(yè) 共 63 頁(yè)1 緒論1.1 生產(chǎn)合成氨的工藝介紹（1）氨合成的主要化學(xué)反應(yīng)方程如下： ??2323(g)+g NHNQ?:（ 高 溫 、 高 壓 與 催 化 劑 )（2）生產(chǎn)合成氨的工藝流程圖見(jiàn)圖 1.1 所示：圖 1.1 氨廠的生產(chǎn)工藝流程圖（3）原料氣的制備方法制備半水煤氣的主要原料可以分為固（煤炭） 、液（石油）和氣（天燃?xì)猓┤N。原料可以分別按照?qǐng)D 1.1 第一部分的工序進(jìn)行原料氣體的制備，三種制氣方法各有長(zhǎng)短。因?yàn)槲覈?guó)的資源分布呈現(xiàn)多煤炭、缺石油、少天燃?xì)獾慕Y(jié)構(gòu)特征，使用煤炭作為合成氨的主要生產(chǎn)原料必將成為中國(guó)合成氨產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要話題。因此本設(shè)計(jì)原料氣選擇使用煤炭制備，故半水煤氣的物理性質(zhì)大致與焦?fàn)t氣類似，可能會(huì)帶有煤灰進(jìn)入變換工段進(jìn)行反應(yīng)。又由于無(wú)論哪種制氣方法都會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（含量為 12-30%） ，充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 8 頁(yè) 共 63 頁(yè)而一氧化碳不利于合成氨反應(yīng)的進(jìn)行，所以在壓縮工段前設(shè)計(jì)一個(gè)變換工段，目的是為了盡可能減少原料氣中一氧化碳含量和回收熱量使得能源得到充分的利用。本設(shè)計(jì)為中溫加壓第一熱交換器，是原料氣進(jìn)入變換工段后通過(guò)的第一臺(tái)換熱設(shè)備，需要考慮可能存在的煤灰結(jié)垢問(wèn)題的處理。結(jié)合任務(wù)書要求，確定該換熱器為管殼式換熱器。1.2 變換工段簡(jiǎn)介變換工段：主要指半水煤氣中的一氧化碳與水蒸氣在催化劑存在的條件下進(jìn)行變換反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過(guò)程，為合成氨提供氫元素。該工段可以說(shuō)是生產(chǎn)合成氨工序中的最重要工序。變換反應(yīng)如下：CO+H 2O = CO2+H2+Q(催化劑) 。由于一氧化碳變換過(guò)程是強(qiáng)制放熱過(guò)程，必須分段進(jìn)行，便于熱量回收和控制變換段出口的一氧化碳?xì)堄嗔?。一般是先在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，使得大部分的一氧化碳完成轉(zhuǎn)化；再在低溫條件下將一氧化碳的含量降低到 0.3%左右。變換氣殘余的一氧化碳再通過(guò)其他的方式除去后進(jìn)入壓縮工段進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)。1.3 管殼式換熱器的簡(jiǎn)介管 殼 式 換 熱 器 由 殼 體 、 傳 熱 管 束 、 管 板 、 折 流 板 和 管 箱 等 零 部 件 組 成 。表 1.1 四種管殼式換熱器對(duì)比表?yè)Q熱器類型管板與殼體連接方式管板數(shù)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用范圍固定管板式兩端管板均與殼體焊接固定兩個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊；制造成本低；管內(nèi)便于清洗殼程不易清洗；管殼程溫差較大時(shí)，管與管板的接口脫開(kāi)易發(fā)生泄露管殼程溫差較小；殼程為清潔流體浮頭式一端管板固定，另一端可自由浮動(dòng)兩個(gè)殼體與管束不產(chǎn)生熱應(yīng)力；管束可抽出，便于殼體檢修和清洗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；內(nèi)浮頭蓋連接處泄露無(wú)法發(fā)現(xiàn)；排管數(shù)目較少管殼間溫差大；殼程介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)；易結(jié)構(gòu)U 型管式管板與殼體固定一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；管束與殼體分離，消除熱應(yīng)力；殼程檢修和清洗方便管束中央有空隙的，流體易走短路；管內(nèi)清洗不方便；只有最外層管子可以更換高溫高壓；管內(nèi)為清潔流體填料函式一端管板固定，另一端用填料函密封兩個(gè)結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單；殼體與管束間無(wú)熱應(yīng)力；殼程檢修和清洗方便填料函處易泄露 低壓，小直徑（＜700mm） ；無(wú)毒、非易燃易爆充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 9 頁(yè) 共 63 頁(yè)上述各種管殼式換熱器均有其優(yōu)缺點(diǎn)，在選型實(shí)際設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，選型要考慮各種條件和影響因素來(lái)綜合進(jìn)行分析判別。但是選無(wú)論哪種換熱器都需要符合以下幾點(diǎn)原則：符合工藝規(guī)定條件；強(qiáng)度足夠、結(jié)構(gòu)合理可靠；制造、安裝和檢修方便；經(jīng)濟(jì)環(huán)保。充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 10 頁(yè) 共 63 頁(yè)2 換熱器的工藝計(jì)算2.1 換熱器的工藝計(jì)算流程圖圖 2.1 換熱器的工藝計(jì)算流程圖充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 11 頁(yè) 共 63 頁(yè)2.2 原始數(shù)據(jù)給定與物料成分說(shuō)明整理任務(wù)書給定數(shù)據(jù)和查參考文獻(xiàn)得物料的各化學(xué)性質(zhì)后列表 2.1 與表 2.2。表 2.1 換熱器原始數(shù)據(jù)表物料 半水煤氣 變換氣用氣量（ ）3m/h6000 根據(jù)換熱量計(jì)算進(jìn)口 /出口工作溫度 ( )℃ 35/260 365/280工作壓力( )MPa2.1 1.8表 2.2 物料組成成分（按體積百分?jǐn)?shù)計(jì)算）組分(%) H2 CO CO2 O2 N2 CH4 Ar半水煤氣 38.67 30.38 8.35 0.30 21.30 0.73 0.27變換氣 51.20 2.60 28.00 / 17.24 0.01 0.95查取換熱器各結(jié)構(gòu)形式的適用條件以及效果匯總為下表:表 2.3 換熱器各部件適用條件和效果項(xiàng)目 結(jié)構(gòu)形式 結(jié)構(gòu)形式適用條件和效果光管 應(yīng)用面廣，適用于任何條件。螺紋管 適合殼程流體的膜傳熱系數(shù)和為管程傳熱系數(shù) 1/3-1/5 的場(chǎng)合；可強(qiáng)化殼程傳熱，提高總傳熱系數(shù)，結(jié)構(gòu)速率低，操作周期長(zhǎng)管子形式 波紋管 適用于管程流體的膜傳熱系數(shù)低于殼程 3/5 以下，Re 低的場(chǎng)合，可以大幅度提高管內(nèi)傳熱系數(shù)，防垢性能好，提高管外膜傳熱系數(shù)正三角形 適合殼程不易結(jié)構(gòu)，可化學(xué)清洗的場(chǎng)合；比轉(zhuǎn)角正方形排列時(shí)多了 17%，單位傳熱面積金屬耗量更低排列形式轉(zhuǎn)角三角形 適用于易解構(gòu)，粘度大的場(chǎng)合，適用面廣Φ19mm×2mm 適合管程結(jié)構(gòu)不嚴(yán)重，允許壓降較高的場(chǎng)合；管壁薄，排管多，單位傳熱面積金屬耗量低管徑Φ25mm×2.5mm 適用面較廣單弓形 單弓形最常用，有水平切和垂直切兩種。切口率為 15-45%，垂直切適用于水平冷凝器、再沸器和懸浮固體粒子的熱交換器。折流板 雙（三）弓形 克服單弓形因 180°轉(zhuǎn)彎造成的死區(qū)，以及阻力大、易振動(dòng)等缺陷。主要用于殼側(cè)壓力降要求較小的場(chǎng)合管長(zhǎng)/m 3， 6，9 適用于任何條件；殼徑較大的換熱器使用較長(zhǎng)管子較為經(jīng)濟(jì)。殼徑/mm 325-1800 適用于任何條件；殼徑越大單位傳熱面積金屬耗量越低，采用一臺(tái)大的換熱器比采用幾臺(tái)小的換熱器經(jīng)濟(jì)在后續(xù)工藝計(jì)算選擇時(shí)可以參考本圖。 充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 12 頁(yè) 共 63 頁(yè)2.3 換熱器類型、流動(dòng)空間和流動(dòng)方式初選（1）換熱器類型判別：半 水 煤 氣 與 變 換 氣 的 溫 度 變 化 情 況 ：變換氣進(jìn)出口溫度 365/280℃。半水煤氣進(jìn)出口溫度 35/260℃。即該換熱器用變換氣加熱半水煤氣，使得半水煤氣升溫與變換氣降溫并發(fā)生變換反應(yīng)將半水煤氣中的 CO轉(zhuǎn)化為 CO2，滿足進(jìn)入下一工段的條件。因?yàn)槔錈崃黧w的溫差與壓力過(guò)大，該換熱器的管殼壁溫之差較大，因此為減小溫差熱應(yīng)力的影響，可以選擇浮頭式換熱器。（2）流動(dòng)空間選擇：A．因?yàn)闊崃黧w是變換氣被冷卻，更適合在管程中流動(dòng)，從而減少熱損失；而半水煤氣屬于冷流體，走殼程時(shí)有利于提高其傳熱膜系數(shù)。B．變換氣和半水煤氣可近似看作焦?fàn)t氣。相比之下，半水煤氣從焦?fàn)t出來(lái)時(shí)可能帶有更多的煤灰與水蒸氣存在，結(jié)垢的可能性更大。為了便于清洗，所以半水煤氣走殼程更合理。（3）兩流體流動(dòng)方式的選擇：流體在換熱器中的流動(dòng)方式對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的合理性有很大的影響，所以應(yīng)該慎重選擇。在充分考慮各條件以后確定在初步計(jì)算時(shí)用逆流傳熱更為合理，為能獲得更好的傳熱系數(shù)，故選擇逆流傳熱方式。2.4 物料定性溫度與該溫度下的物料參數(shù)確定查取（1）定性溫度確定殼程半水煤氣定性溫度：(35260)/147.5T???℃（2.1） 管程變換氣定性溫度： (8)/32.t ℃（2.2） （2）由定性溫度查取相應(yīng)手冊(cè)，得到物料氣的物性參數(shù)見(jiàn)表 2.3：表 2.3 定性溫度下的半水煤氣和變換氣的物性參數(shù)表參數(shù) 半水煤氣（殼程） 變換氣（管程）定性溫度 T（℃ ） 147.5 322.5粘度 μ（ Pa.S） 188×10-7 218×10-7比熱容 Cp（KJ/（Kg.℃） ） 0.3506 0.4498導(dǎo)熱系數(shù) λ（W/m.℃） 0.0728 0.1046平均壓力 P（Mpa） 2.1 1.8平均分子量 M（Kg/Kmol ） 19.24 19.28（3）由理想氣體狀態(tài)方程 可得：=VnRT工況下半水煤氣的密度：充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 13 頁(yè) 共 63 頁(yè)Kg/m3 32.109.4=1.568(75)PMRT?????（2.3）工況下變換氣的密度：Kg/m3 31.09.28.0184(57)?????（2.4）2.5 換熱器工藝數(shù)據(jù)計(jì)算（1）用半水煤氣計(jì)算總換熱量。由于兩流體傳熱過(guò)程中無(wú)相變，流體傳熱量 由半水煤氣數(shù)據(jù)求得為：Qm0()iQqCpT??KW 601.5306(235)19.8?????（2.5）半水煤氣的用氣量為：Kg/h 0.60mq（2.6）初步估計(jì)變換氣的用氣量為： 10()miQqCpt??Kg/h 31.809.23754(5)????（2.7）（2）逆流對(duì)數(shù)平均溫差。兩流體間的平均傳熱溫差為：（2.8）212()()ln(3650)(835)16l2mTttt?????℃（3）假設(shè)總傳熱系數(shù)。 因?yàn)榘胨簹馀c變換氣都是氣體，由《化學(xué)工藝手冊(cè)》可取換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為W/m2.℃。第一次計(jì)算時(shí)取中間值 20 W/m2.℃，發(fā)現(xiàn)換熱面積裕度過(guò)大，不能滿10～足要求。第二次取傳熱系數(shù)為 15W/m2.℃，傳熱面積裕度小于 10%，不滿足工藝要求。。最后修改傳熱系數(shù)為 17W/m2.℃再進(jìn)行計(jì)算，該換熱系數(shù)能滿足生產(chǎn)裕度要求。 （4）估算換熱面積。充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 14 頁(yè) 共 63 頁(yè)換熱面積初步計(jì)算時(shí)需考慮 15%的裕度，故 計(jì)算得pA2159.801.5. 63.1m7pmQAKt?????（2.9）2.6 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）初選管徑與管內(nèi)流速。常用換熱管規(guī)格有 、 （1Crl8Ni9Ti）192??52??(碳鋼 20)。GB/T150 中規(guī)定 GB/T8163-2008《輸送流體用無(wú)縫鋼管》中25m.??的 20 鋼不得用于換熱管，故 20 鋼換熱管選擇 GB/T9948-2013《石油裂化用無(wú)縫鋼管》。因?yàn)榭紤]到物料氣在造氣工況中可能帶有煤灰到變換工段，為防止管子堵塞，故選用 換熱管。。.由于管程物料是氣體，查《化工原理課程設(shè)計(jì)》表 2-2 得流速合理范圍為管內(nèi)流速50/s～ 310m/siu?（2）傳熱管數(shù)目與管程數(shù)計(jì)算。確定單程換熱管總數(shù)目 （2.10）2243975/(.0136)501.2.8viqNdu?????根按照單管程計(jì)算的換熱管長(zhǎng)度為（2.11）0623.15.81m.4csALdn????如果將換熱器設(shè)計(jì)為單管程，則換熱管過(guò)長(zhǎng)，本換熱器長(zhǎng)徑比不合理，故選擇使用用長(zhǎng)度為 9m 的換熱管，重新進(jìn)行管程數(shù)目的確定。（2.12）1.=7529pN?即是使用雙管程時(shí)，單程實(shí)際換熱管數(shù)目為 。 (2.13)5042=1N??（3）平均傳熱溫差及殼程數(shù)確定。變溫傳熱時(shí)如下計(jì)算：（2.14)216035.8tPT??（2.15）21.Rt?2假 設(shè) 殼 程 數(shù) 為 ， 管 程 數(shù) 按 前 節(jié) 的 計(jì) 算 結(jié) 果 為 ， 根 據(jù) 管 程 數(shù) 和 殼 程 數(shù) 查 相 應(yīng) 圖 表，得溫度校正系數(shù)為 。0.85??充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 15 頁(yè) 共 63 頁(yè)校正溫差為（2.16）1650.84mtt??????℃綜上所訴，換熱器選擇單殼程較為合理。（4）換熱管的排列和管心距。換熱管的排列形式主要有：三角形、轉(zhuǎn)角三角形、正方形和轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角正方形。其中，三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊，正方形便于機(jī)械清洗。在我國(guó)的換熱器系列中，浮頭式多采用正方形排列方式，本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)角正方形排列。管心距，圓整后取 (2.17)1.25.31.25moad???32m中心管排列數(shù)目(2.18).9.047.cnN故中心排管數(shù)取值為 38 根。 （5）殼體內(nèi)徑。多管程結(jié)構(gòu)，因前節(jié)計(jì)算都考慮了裕度，取管板利用率為 0.55 進(jìn)行計(jì)算殼體內(nèi)徑為：(2.20)1.05/324.513mDaN????圓整為標(biāo)準(zhǔn) 1500mm。將計(jì)算得換熱器參數(shù)整理列表為表 2-4：表 2-4 換熱器參數(shù)匯總表殼徑/ m管長(zhǎng)/ 中心排管數(shù) 單程管子數(shù) 管程數(shù) 排列方法1500 9000 38 502 2 轉(zhuǎn)角正方形（6）管板最大布管數(shù)的確定換熱器為浮頭式換熱器， 由 GB/T15中 6.3節(jié) 來(lái) 確 定 限 定 圓 直 徑 ：(2.19)??215084mLiDb????布管圖 2-3 如下：換熱管在該布管限定圓內(nèi)進(jìn)行排列畫管線，在該圓內(nèi)的最大布管數(shù)目可達(dá)到 根，工藝計(jì)算時(shí)得出最少要求需要布置 1004 根換熱管，兩管程布置，8故該布管圓符合要求。而在實(shí)際繪圖中，單管程布置 535 根，雙管程，總管數(shù)為 1070根，大于工藝計(jì)算所需管數(shù)，可以進(jìn)行制造生產(chǎn)。充值后即可下載含圖紙?jiān)次募嚎s包，需要其他課題加 Q--1459919609第 16 頁(yè) 共 63 頁(yè)圖 2.3 最大布管圖與實(shí)際布管圖 （7）折流板選型與計(jì)算。采用單弓形折流板，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則相應(yīng)的切去的圓缺高度為(2.21)0.25137mh??取折流板間距(2.22).=.045BD圓整后取 450mm則折流數(shù)目（塊） 911450Bln???(2.23)折流板圓缺面水平裝配。（6）拉桿計(jì)算殼體內(nèi)徑 ，換熱管外徑 ，查《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 2-31150mD?25md?第 4.4 節(jié)查拉桿與定距管的尺寸表可得：表 2.3 拉桿參數(shù)殼體公稱直徑/mm 拉桿直徑/mm 拉桿根數(shù)1300-1500 16 102.7 熱力核算（1）殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。因?yàn)檎哿靼暹x擇圓缺形，故可采用凱恩公式：(2.24)0.1410.53o2.36ReProow