化工原理課程的設計列管式換熱器的設計步驟56、極端的法規，就是極端的不公。——西塞羅57、法律一旦成為人們的需要，人們就不再配享受自由了。——畢達哥拉斯58、法律規定的懲罰不是為了私人的利益，而是為了公共的利益；一部分靠有害的強制，一部分靠榜樣的效力。——格老秀斯59、假如沒有法律他們會更快樂的話，那么法律作為一件無用之物自己就會消滅。——洛克60、人民的幸福是至高無個的法。——西塞羅化工原理課程的設計列管式換熱器的設計步驟化工原理課程的設計列管式換熱器的設計步驟56、極端的法規，就是極端的不公。——西塞羅57、法律一旦成為人們的需要，人們就不再配享受自由了。——畢達哥拉斯58、法律規定的懲罰不是為了私人的利益，而是為了公共的利益；一部分靠有害的強制，一部分靠榜樣的效力。——格老秀斯59、假如沒有法律他們會更快樂的話，那么法律作為一件無用之物自己就會消滅。——洛克60、人民的幸福是至高無個的法。——西塞羅列管式換熱器設計化工原理課程設計2021/3/172設計題目擬用200Kpa的飽和水蒸氣將常壓下20℃的苯加熱到80℃，①苯的質量流量為50t/h—單號②苯的質量流量為40t/h－雙號試設計一列管式換熱器。已知倉庫中現有Φ25×2.5mm，長6m的碳鋼鋼管2021/3/17第3頁六、進出口管徑七、校核流體壓力降八、換熱器尺寸及附屬部件九、參考資料十、對一些問題的說明2023/7/286一、確定定性溫度、物性數據苯的物性數據t1、t2、tm、ρ２、CP2、μ2、λ2

水蒸汽的物性數據Ts、ρ１、γ１

同溫度下水的物性ρ、μ、λ2023/7/287二、換熱器的類型及流體走向臥式固定管板式換熱器水蒸汽走殼程，苯走管程不需要進行熱補償不需要加折流擋板－－P269-2712023/7/288三、工藝計算1、熱負荷即傳熱速率Q2、平均溫度差Δtm3、選K值，估算傳熱面積A初2023/7/2891、熱負荷即傳熱速率Q2023/7/28102、平均溫度差Δtm

由于水蒸汽側的溫度不變，因此可以把兩流體的平均溫度差看作是逆流來計算（雙管程）2023/7/28113、選K值，估算傳熱面積A初

根據條件K值在580～1160W/m2·℃（K＝680W/m2·℃）選用安全系數Φ＝1.15～1.25A初＝ΦA’

2023/7/2812四、換熱器尺寸的初步確定確定管程結構尺寸殼程設計數據換熱器長徑比2023/7/28131、確定管程結構尺寸管子規格初步設計總管數校核流速、確定管程管間距及排列方式2023/7/2814（1）管子規格庫存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳鋼鋼管取管內苯的流速為u’2（0.60m/s）——苯系易燃易爆物流速一般低于1m/s2023/7/2815（2）初步設計總管數n”根———三角形排列管數，3a2+3a+1圓整n”

2023/7/2816（3）校核流速、確定管程

管程

（一般雙管程）2023/7/2817（4）管間距及排列方式管間距t＝（1.25～1.3）d0采用三角型排列根據總管數n”確定層數a，是否弓形排管，確定NT最外層六角形對角線上管數NTb＝2a+1采用脹管法排列

2023/7/28182、殼程設計數據

殼體內徑

D＝t（NTb－1）+2b’t－管間距

NTb

－最外層六角形對角線上管數b’－六角形最外層管中心到殼體內壁距離，取b’＝（1～1.5）d0

殼體內徑標準圓整到ΦD×δmm2023/7/2819中心拉桿n3根直徑Φ12mm

雙管程隔板少排NTb根實際管數n＝NT－NTb－n3雙管程，每程n/2根排列管子實際流速，與初設苯流速u’2

校核2023/7/28203、換熱器長徑比

確定長徑比的取值范圍2023/7/2821五、校核計算

1、校核總傳熱系數K值2、校核壁溫TW

3、校核傳熱面積A

2023/7/28221、校核總傳熱系數K值

管內對流傳熱系數α2管外對流傳熱系數α1

污垢熱阻及管壁熱阻

2023/7/2823（1）管內對流傳熱系數α2

被加熱

2023/7/2824（2）管外對流傳熱系數α1

n為水平管束垂直列上的管數弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7假設管外壁溫TW（115.6℃）

2023/7/2825（3）污垢熱阻及管壁熱阻苯側污垢熱阻RS2＝1.76×10-4m2·℃/W蒸汽冷凝污垢熱阻相對比較小，水蒸汽側污垢熱阻可以忽略不計，碳鋼鋼管的導熱系數λ＝45W/m2·℃

2023/7/2826（4）校核K值

以外表面計算：

計算K值與原設值K初比較使相對誤差<5%2023/7/28272、校核壁溫TW

結果與原假設值TW校核——（TW＝115.6℃）2023/7/28283、校核傳熱面積A水蒸汽側Ts不變，一殼程雙管程換熱器平均溫度差與逆流平均溫度差相等。2023/7/2829實際所需面積

實際提供面積

余度

2023/7/2830六、進出口管徑

苯進口管、出口管水蒸汽進口管徑冷凝水排出口

2023/7/28311、苯進口管、出口管

取進口流速u0＝1m/s進口直徑選用無縫熱軋鋼管（YB231-64）（Φ150×4.5mm，長200mm）

2023/7/28322、水蒸汽進口管徑

蒸汽用量

—富裕量3％蒸汽體積流量V＝Gν取蒸汽流速u’＝20m/s

選用無縫熱軋鋼管（YB231-64）（Φ219×6mm，長200mm）

2023/7/28333、冷凝水排出口選用水煤氣管Φ42.25×3.25mm，長100mm2023/7/2834七、校核流體壓力降

管程總壓力降殼程壓力降

殼程是飽和水蒸汽冷凝，阻力很小，不校核其壓力降。

2023/7/2835管程總壓力降（P272）總壓力降計算公式每程直管壓力降

每程局部阻力引起的壓降

校核ΔPt<3.0×104Pa

2023/7/2836——管內徑;——管長——管程結垢校正系數，三角形為1.5，正方形為1.4；——殼程數，1；——一殼程的管程數，2。參數說明2023/7/2837λ計算取ε＝0.2mm，ε/d=0.01

查圖可知λ

（化工原理上冊P43圖1－28）2023/7/2838八、換熱器尺寸及附屬部件

管間距：t＝32.5mm殼體直徑：Φ600×10mm，內徑D＝580mm殼體材料：碳素鋼A3F，鋼板卷焊管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m，n＝164根，雙管程

布管圖見圖紙2-2。2023/7/28396、管板(1)管板材料：選用碳素鋼A4。(2)管子在管板上的固定方法：焊接(3)管板尺寸：Pg＝16kgf/cm2，（見講義P66表4-8）(4)管板與殼體的連接：采用法蘭連接，拆開頂板可檢修或清理管內污垢，法蘭尺寸見講義P111－115圖4－63及表4－27。

2023/7/2840（5）管板與分程隔板的連接:采用單層隔板，隔板材料與封頭材料一致，厚度s＝10mm。（見講義P77表4－19）

2023/7/28417、封頭與管箱

封頭與管箱位于殼體的兩端。（1）封頭的選擇：選用橢圓形封頭，Dg600×10mmGB1154－73（2）封頭尺寸：曲面高度150mm，直邊高度40mm。（講義P142附表1－2）管程接口管與封頭為焊接，封頭與殼體為法蘭連接，法蘭尺寸與上同。

2023/7/2842管程進出口接管直徑：選用無縫熱軋鋼管（YB231-64）Φ152×4.5mm長200mm。支座的公稱直徑Dg600mm，每個支座承受的載荷為36.8噸，材料采用A3F碳素鋼；采用鞍形安裝。（尺寸見講義P117圖4－28b，表4－28）整個換熱器采用臥式安裝，安裝圖見圖紙2－1。

2023/7/2843九、參考資料

《列管式換熱器及其設計》（講義）山東輕工業學院，《化工原理教研室》編，1987年。《化工原理》上冊化學工業出版社，譚天恩主編，1990年。《基礎化學工程》上海科學技術出版社，編寫組，1980年。

2023/7/2844十、對一些問題的說明

列管式換熱器是目前化工生產中應用最廣泛的一種換熱器，它的結構簡單、堅固、容易制造、材料范圍廣泛，處理能力可以很大，適應性強。但在傳熱效率、設備緊湊性、單位傳熱面積的金屬消耗量等方面還稍次于其他板式換熱器。此次設計所采用的固定管板式換熱器是其中最簡單的一種。

2023/7/2845由于水蒸汽的對流傳熱系數比苯側的對流傳熱系數大得多，根據壁溫總是趨近于對流傳熱系數較大的一側流體的溫度實際情況，壁溫與流體溫度相差無幾，因此本次設計不采用熱補償裝置。

2023/7/2846ThanksAttentionScienceandtechnology,especiallystrategichightechnology,isincreasinglybecomingthedecisiveforceineconomicandsocialdevelopmentandthefo