反应釜冷却器设计-毕业论文.doc

安徽工程大学毕业设计（论文）
反应釜冷却器设计
摘 要

本文设计的列管式换热器为四管程固定管板式换热器。固定管板式换热器的优点是：结构简单、紧凑，能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。
本文主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。设计的第一部分是工艺计算部分，主要是根据给定的设计条件估算换热面积，从而进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算。管壳程压力降经计算满足工艺要求。
设计的第二部分则是关于结构和强度的设计，主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如接管、折流板、定距管、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、鞍座应力计算、开孔补强计算等。结论表明各承压原件处的强度设计均满足强度要求，最后设计结果可通过八张图表现出来。
关键词：固定管板式换热器；工艺计算；结构；强度；管板；鞍座

Design of the Reactor Cooler
Abstract

This design is about fixed tube sheet heat exchanger. The advantages of the fixed tube sheet heat exchanger: The exchanger can bear high press；The price of making is low；Structure is simple and compacted；We can wash the tubes easily；We can change the broken tubes easily.
The design is mainly chemical containers-the integrity of the reactor design, which include the technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger.The first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of technology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area, and then, select a suitable heat exchanger to check heat transfer coefficient, just for the actual heat transfer area. Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation. The pressure drop is calculated must meet the technical requirement.
The second part of the design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchanger’s components and parts, such as vesting, baffled plates, the distance control tube, tube boxes. This part of design mainly include: The choice of materials,identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the stress calculation of saddle, the opening reinforcement calculation etc. The results show that the press-bearing components can meet the intensity requirements. In the end, the final design results through eight drawings to display.
Key words: fixed tube sheet heat exchanger；technology calculate； structure； intensity； tube sheet；saddle

目 录

引 言 1
第1章 绪论 2
1.1 换热器的应用 2
1.2 换热器的分类 2
1.3 换热器的选型 2
1.4 列管式换热器 3
1.5 换热器的研究现状及发展趋势 4
1.6 本设计的主要内容 4
第2章 换热器的工艺设计 6
2.1 设计有关参数 6
2.2 设计方案 6
2.3 估算换热面积 7
2.4 工艺结构尺寸 7
2.5 换热器核算 10
第3章 换热器的结构设计及强度计算 16
3.1筒体壁厚计算 16
3.2 管箱短节、封头厚度计算 17
3.3 筒体接管开孔补强校核 19
3.4 管箱接管开孔补强校核 20
3.5 管箱法兰和接管法兰的选取 21
3.6 管箱法兰与管板连接之间的垫片 23
3.7 换热管与管板的连接 24
3.8 管板的设计的及校核 25
3.9 接管的布置及管箱的设计 42
3.10 折流板的布置 43
3.11 换热器相关的连接结构 44
3.12 其他零部件的设计 45
第4章 冷却器鞍座应力校核 48
4.1 各部件质量及总质量 48
4.2 鞍座校核 48
4.3 筒体校核 49
结论与展望 54
致 谢 55
参考文献 56
附录A：主要参考文献摘要及题录 57
附录B：英文原文及翻译 59

插图清单
图2-1 折流板…………………………………………………………………………………9
图3-1 封头的结构形式……………………………………………………………………..18
图3-2 管箱法兰的结构……………………………………………………………………..22
图3-3 凸面法兰的结构……………………………………………………………………..22
图3-4 板式平焊法兰的结构………………………………………………………………..23
图3-5 垫片的结构…………………………………………………………………………..24
图3-6 换热管与管板的连接结构型式……………………………………………………..25
图3-7 折流板布置图………………………………………………………………………..33
图3-8 管板的结构尺寸……………………………………………………………………..41
图3-9 筒体接管位置………………………………………………………………………..42
图3-10 管箱接管位置………………………………………………………………………42
图3-11 管箱尺寸……………………………………………………………………………43
图3-12 管箱法兰与管箱的连接……………………………………………………………44
图3-13 管板与筒体的连接…………………………………………………………………45
图3-14 管箱与管板的连接…………………………………………………………………45
图3-15 拉杆的尺寸…………………………………………………………………………46
图3-16 定距管的结构尺寸…………………………………………………………………46
图3-17 分程隔板的结构……………………………………………………………………46
图3-18 鞍式支座的安装……………………………………………………………………47
图4-1 筒体受力分析………………………………………………………………………..50

表格清单
表2-1 设计有关参数…………………………………………………………………………6
表2-2 换热器常用的流速范围………………………………………………………………8
表2-3 常用换热管管心距……………………………………………………………………8
表2-4 换热管最大无支承长度………………………………………………………………9
表2-5 合理压力降的选取…………………………………………………………………..14
表2-6 换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表……………………………………..15
表3-1 不另行补强的接管最小厚度………………………………………………………..19
表3-2 法兰参数……………………………………………………………………………..22
表3-3 筒体法兰的结构尺寸………………………………………………………………..23
表3-4 管箱法兰的结构尺寸………………………………………………………………..23
表3-5 鞍座尺寸表…………………………………………………………………………..47
表4-1 各部件质量表………………………………………………………………………..48
表4-2 原始数据表…………………………………………………………………………..49

V

刘松：反应釜冷却器设计
引 言
在化工生产中，反应釜中的化学反应都是在一定温度下进行的，物料进入到反应釜中受到温度的限制，因此在物料进入反应釜之前进行换热以达到所要求的温度，这就是反应釜冷却器产生的背景。
本设计要求设计一台合适的列管式换热器，列管式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能进行机械清洗。为了满足不同的工艺要求，产生了许多种列管式换热器，有固定管板式换热器、填料函式换热器、浮头式换热器和U型管式换热器。
传统的列管式换热器长期运行会导致设备被水垢堵塞，将会使效率降低、功耗增加、寿命缩短。如果水垢不能被及时地清除，就会面临设备维修、停机或者报废更换的危险。而且传统的列管式换热器大部分是碳钢材料，容易引起腐蚀，现在很多换热器换上了新材料，比如高分子复合材料和陶瓷,特别是陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀、耐高温等课题，成为了回收余热最佳换热器，目前，陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉，正在为世界节能减排事业作出了巨大的贡献。
本文首先要根据前人的经验选择选择合适的列管式换热器，再对换热器进行设计。现在列管式换热器的设计方法已经很成熟，对于工艺设计，可以根据《化工原理》上面的方法进行计算。对于结构设计和强度校核，可以根据换热器结构手册和换热器设计标准GB151-1999进行计算和校核。传统的手工校核不仅计算量大，而且稍不注意可能影响校核结果，所以现在我们的设计单位和工厂都采用SW6软件进行校核，这也大大减少了工程设计人员的工作量。
随着科技的不断发展，各种新技术在列管式换热器上的应用，列管式换热器在我们化工生产中的地位也越来越重要，因而列管式换热器的推广应用前景十分可观。

-53-

第1章 绪论
1.1 换热器的应用
换热装置是以传递热量为主要功能的通用机械，通常称为热交换器，简称换热器。换热器在化工、石油、制冷、动力、食品等部门中均有广泛的应用。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%~20%；在炼油厂中，约占总投资的35%~40%。近二十年来，换热设备在能量储存、转化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了广泛的应用。
在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低品位热能的有效装置。
换热器随使用目的的不同，可分为：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。在换热设备中，应用最为广泛的是管壳式换热器。目前这种换热器被当作为一种传统的标准换热器，在许多工业部门中被大量的使用。
1.2 换热器的分类
根据换热的目的和工艺要求不同，换热器的结构型式必然是五花八门，其分类也是多种多样。
a.按冷热物料接触方式可分为：直接接触式、蓄热式和间壁式三种类型。
b.按换热器的使用功能又可分为：加热器、冷却器、再沸器、冷凝器，蒸发
器、凉水塔、废热锅炉等。
c.按换热器换热面紧凑程度又可分为：紧凑式换热器（换热面积密度）和非紧凑式换热器(换热面积密度﹚。
d.按流体流动方式又可分为：单程型换热器和多程型换热器。
f.按换热器结构形式又可分为：管式换热器（主要有管壳式、套管式、螺
旋盘管式或蛇管式换热器）；热管式换热器（主要有吸液芯热管、重力热管、旋转式热管换热器）；板式换热器（主要有板式、螺旋板式、伞板式、板壳式换热器）；扩展表面式换热器（主要有板翅式和管翅式换热器）；蓄热式换热器（主要有回转式和固定格室式换热器）；其他（孔块式换热器、空冷器及薄膜式换热器等）。
1.3 换热器的选型
传热设备选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有：a.热负荷及流量大小；b.流体的性质：c.温度、压力及允许的压降范围；d.对清洗、维修的要求；f.设备结构材料、尺寸、重量；g.价格、使用安全性和寿命等。
流体的性质对换热器类型的选择往往会产生重大的影响，如流体的物理性质（如比热容、热导率、粘度）、化学性质（如腐蚀性、热敏性）、结垢情况以及是否有腐蚀性颗粒等因素。如用于硝酸的加热器，流体的强腐蚀性决定了设备的结构材料，限制了可能采用的结构范围。又如对于热敏性大的液体，能否精确控制它在加热过程中的温度和停留时间，往往就成为选型的主要前提。流体的清净程度和易否结构，有时在选型上也起决定性的作用，如对于需要的经常清洗换热面的物料，就不能选用高效的板翅式或其他不可拆卸的结构。
同样，换热介质的流量、工作温度、压力等参数在选型时也很重要，例如板式换热器虽然高效紧凑、性能好，但是由于受结构和垫片性能的限制，当压力或温度稍高，或者流量很大时就不适用了。
在换热器选型时，还应考虑材料的价格、制造成本、动力消耗费和使用寿命等因素，力求使换热器在整个使用寿命内最经济地运行。
1.4 列管式换热器
列管式换热器是一种广泛使用的换热设备。列管式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间：管内的通道及相连通的管箱，称为管程空间（简称管程）；换热管束外的通道及相贯通的部分，称为壳程空间（简称壳程）。
列管式换热器具有可靠性能高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，列管式换热器仍占主导地位。
列管式换热器根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。
(1)固定管板式换换热器。
这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种
换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两段，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体没有流体进出口接管。通常在管外设置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀性不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏了换热器。
为了克服温差应力必须设有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有相应的温差补偿装置。但补偿装置（波形膨胀节）只能用于壳壁与管壁温差低于60-70℃和壳程流体压力不高的情况。一般壳程压力超过0.6MPa时，由于补偿圈过厚难以伸缩，会失去温差补偿作用，此时就应考虑其他结构。
图1-1 带膨胀节温差补偿型固定管板式换热器
(2)浮头式换热器
浮头式换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高，且浮头管板和浮头盖连接处发生泄漏时不易检查。
需要说明的是为克服装配与检修时抽装管束的困难，避免损坏折流板和支撑板,当换热器直径较大或管束较长时，需在管束下方安装滑道。
(3)U形管式换热器
U形管换热器每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。
图1-3 U形管式换热器
(4)填料函式换热器
这类换热器管束一端可以自由伸缩，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外泄的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆和有毒介质。
(5)釜式重沸器
这种换热器是管束可以分为浮头式、U形管式和固定管板式结构，所以它具有浮头式、U形管式换热器的特性。在结构上与其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸汽品质所决定。产气量大、蒸汽品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。
此种换热器与浮头式、U形管式换热器一样，清洗维修方便，可处理不清洁、易结构的介质，并能承受高温、高压。
1.5 换热器的研究现状及发展趋势
1.5.1 国内研究现状
列管式换热器是一个品种繁多的产品，目前我国在列管式换热器的研究主要体现在以下两个方面：(1)新的耐磨，耐腐蚀和高强度材料：换热器的操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。(2)高效节能的列管式换热器：近年来，能源紧缺，材料费用上涨，为此，对高效节能的列管式换热器的研究成为换热器领域的研究热点。目前对高效列管式换热器的研究主要集中在强化管程和壳程两个方面，且以实验的研究方法为主。我国对列管式换热器的研究多借鉴于国外的一些研究成果，还存在以下不足：(1)强化传热技术的研究有待深化；(2)流体诱导的振动难以控制；(3)防垢和除垢有待更好的处理。
1.5.2 国外研究现状
对国外换热器市场的调查表明，列管式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气-水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街从而提高有效传热温差防止流动诱导振动;在相同流速时壳程流动压降小;基本不存在震动与传热死区不易结垢。对于低雷诺数下(Re< 1000)的传热螺旋折流板效果更为突出。
1.5.3 发展趋势
换热器经过多年发展，技术日臻成熟。目前出现的最新技术动向有：(1)计算流体力学：计算流体力学(CFD)是指运用计算机的软硬件技术，建立流体的流动和热传递模型，并进行计算机模拟和仿真，从而对流体的流动区域和热传递的分布进行更详细的预测。换热器的设计中有许多实验代价很高,而且很耗时间,有些甚至不可能实现，计算流体力学的发展方便了这些实验的实现。(2)专家系统：专家系统在换热器的设计和选型中应用较快。将专家系统用于管壳式换热器设计和选型,可以辅助设计者对流体流径、壳体及浮头类型、换热器结构尺寸、折流板类型和换热器整体布置等问题进行决策。目前，商品化的专家系统还很少,许多厂家开发的专家系统仅在内部使用。(3)用于整体装置设计的数据库技术: 最近发展起来用于整体装置设计的数据库技术,可以使这种繁重的任务变得简单起来。通过数据库系统，不同类型的设计应用软件可以有机地形成一个整体，设计者只需通过数据库操作系统向应用软件中输入相关参数，便可得到更多的关于设计任务的数据，并且这些数据可以反馈到数据库中。
1.6 本设计的主要内容
设计一台合适的列管式换热器，其中包括：
1)毕业设计开题报告和外文期刊翻译；
2)换热器的工艺设计；
3)换热器的结构设计和强度校核；
4)通过设计计算尽可能提高换热器的传热效率和减少能源消耗，达到更高效，更节能的目的；
5)列管式换热器总装配图和零件图。

第2章 换热器的工艺设计
2.1 设计有关参数
表2-1 设计有关参数
物 料
温度
质量流量
操作压力MPa
比热
密度
导热系数
粘度

入口
出口
有机液
65
60
40000
1.0
3.534
763.1
0.192
0.586
水
25
33.5

1.2
4.180
996.3
0.621
0.855
2.2 设计方案
对于列管式换热器，确定其设计方案应从七个方面着手：a.选择换热器的类型；b.选择流体流动空间；c.选择流体流速；d.选择加热剂和冷却剂；e.确定流体进出口温度；f.选择材质；g.确定管程数和壳程数[1]。
(1)选定换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（有机液）入口温度为65℃，出口温度为60℃；冷流体（冷却水）入口温度为25℃，出口温度为33.5℃。
两流体的定性温度如下:
有机液的定性温度
冷却水的定性温度
两流体的温差
固定管板式换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合，因此可以选择固定管板式换热器。并且两流体的温差小于50℃，可以不设置温度补偿。
(2)选定流体流动空间
安排哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体走壳程，是选用列管式换热器时需要确定的，以下各项需要在安排流动空间时加以考虑：
a.不清洁和易结构的流体宜走管程，因为管内清洗比较方便；
b.腐蚀性的流体宜走管程，以免壳体和管子同时受腐蚀；
c.压强高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省课程金属消耗；
d.饱和蒸气宜走管程，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较清洁，它对清洗无要求；
e.有毒流体宜走管程，使泄漏机会较少；
f.被冷却的流体宜走壳程，这便于外壳向周围的散热，增强冷却效果；
g.粘度大的液体或流量较小的流体宜走壳程。在低Re值下达到湍流，以提高对流传热系数；
h.两流体温差较大时，对于固定管板式换热器，应使对流传热系数大的流体走壳程，这样可使管壁与壳体的温度接近，减小热应力；
实际工作中，以上各项往往难以兼顾，需要根据具体情况满足最重要的几个方面。
由于冷却水易结垢，且冷却水的操作压力大于有机液的操作压力，而且是有机液被冷却，所以选择冷却水走管程，有机液走壳程。
2.3 估算换热面积
2.3.1 计算热负荷和冷却水用量
有机液的质量流量；
有机液的比热容；
冷却水的质量流量；
冷却水的比热容；
热负荷。

热负荷:
(2-1)
忽略热损失，则水的用量为：
(2-2)
2.3.2 计算逆流平均温度差
有机液温度： 65→60
冷却水温度： 33.5←25
因此

逆流温差
(2-3)
2.3.3 估算传热面积
（1）初选总传热系数K
查参考文献[1]，参照总传热系数的大致范围，同时考虑到壳程冷却水的压力较高，故可选较大的传热系数，现假设。
（2）估算传热面积
(2-4)
考虑15%的面积裕度，
2.4 工艺结构尺寸
2.4.1 管径和管内流速
选用的较高级冷拔碳钢管，管内流速参照表2-2取。

表2-2 换热器常用的流速范围
介质
流程
循环水
新鲜水
一般液体
易结垢液体
低黏度油
高黏度油
气体
管程流速/(m/s)
1.0~2.0
0.8~1.5
0.5~3.0
＞1.0
0.8~1.8
0.5~1.5
5~30
壳程流速/(m/s)
0.5~1.5
0.5~1.5
0.2~1.5
＞0.5
0.4~1.0
0.3~0.8
2~15
2.4.2 管程数和传热管数
根据换热管内径和流速确定单程换热管数
根 (2-5)
按单管程计算所需换热管的长度
(2-6)
由于按单管程设计，换热管过长，根据本设计实际情况，取换热管长,则该换热器的管程数为
管程 (2-7)
换热管的总根数根
2.4.3 平均传热温差校正及壳程数
(2-8)
(2-10)
根据参考文献[3]图F2查得：
平均传热温差
由于温差校正系数，同时壳程流体流量较大，故取单壳程较合适。
2.4.4 换热管的排列和分程方法
采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。根据表2-3，取管心距
表2-3 常用换热管的管心距
换热管外径(mm)
19
25
32
38
换热管中心距(mm)
25
32
40
48
分程隔板处换热管中心距(mm)
38
44
52
60
同时根据上表，分程隔板两侧相邻管排之间的管心距
换热管的排管原则[3]：
(1)换热管的排列应使整个管束完全对称；
(2)在符合4.9.5和4.9.6节规定的范围内，全部布满换热管；
(3)拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆，其间距小于或等于700mm。拉杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的(0.5～1.5)范围内；
2.4.5 壳体内径
采用四管程结构，根据参考文献[16]，管板利用率，取，则壳体内径
(2-11)
圆整取。
2.4.6 折流板
设置折流板的目的是为了提高壳程流速，增加湍流程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。在卧式换热器中，折流板还起支承管束的作用。
（1）切去的圆缺高度
常用的折流板形式有弓形和圆盘-圆环形两种。本冷却器采用弓形折流板，根据参考文献[3]，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的30%，则切去的圆缺高度为,取。
（2）折流板的板间距
最小板间距，取壳体内径的1/5或50mm中的较大值。最大板间距，应保证换热管的无支承长度不超过表2-4规定，用作折流时，其值尚应不大于壳体内径。
表2-4 换热管最大无支承长度
换热管外径(mm)
19
25
32
38
最大跨距(mm)
1500
1900
2200
2500
取折流板间距,则折流板数
(2-12)
取。
为了防止积液，应在折流板上开通液口，如图2-1所示，折流板圆缺水平安装。

图2-1折流板

2.4.7 其他附件
根据参考文献[3]表43和表44，换热管的外径为，筒体的内径为，查得拉杆的直径，拉杆的数量为六根。壳程入口应设置防冲挡板。
2.4.8 接管
（1）壳程流体进出口接管
取接管内有机液的流速为，则壳程接管内径为
(2-13)
查参考文献[2]附录7，取标准管径为。
（2）管程流体进出口接管
取接管内循环水的流速为，则管程接管内径为
(2-14)
查参考文献[2]附录7，取标准管径为。
2.5 换热器核算
2.5.1 传热能力核算
壳程对流传热系数；
壳程当量直径；
壳程通流截面积；
壳程流体流速；
壳程雷诺数；
壳程普朗特数；
管程对流传热系数；
管程通流截面积；
管程流体流速；
管程雷诺数；
管程普朗特数；
总传热系数。
（1）壳程对流给热系数
对于圆缺形折流板，可采用克恩（Kern）公式

根据参考文献[1]，流体被加热时， ，流体被冷却时，。由于有机液被冷却，故。
当量直径由正三角形排列得
(2-15)
壳程通流截面积
(2-16)
壳程流体流速、雷诺数及普朗特数分别为
(2-17)
(2-18)
(2-19)
(2-20)
（2）管程给热系数
管程通流截面积
(2-21)
管程流体流速、雷诺数及普朗特数分别为
(2-22)
(2-23)
(2-24)
因为：(1)；
(2)；
(3)管长与管径之比，即进口段只占换热管总长很小一部分，管内的流动是充分发展的；
(4)流体是低黏度的（不大于水粘度的2倍）。
故可采用下式计算

(2-25)
（3）污垢热阻与管壁热阻
管外侧污垢热阻：查污垢热阻经验数据取
管内测污垢热阻：查污垢热阻经验数据取
管壁的热导率：碳钢的热导率。
（4）总传热系数
(2-26)
故
（5）传热面积
理论传热面积
(2-27)
该换热器的实际换热面积
(2-28)
面积裕度为
(2-29)
换热器面积裕度合适，能够满足设计要求。
2.5.2 核算壁温
因管壁很薄，且管壁热阻很小，故管壁壁温按下式计算：

(2-30)
(2-31)
式中：有机液进口温度，；
有机液出口温度, ；
循环水进口温度, ；
循环水出口温度, ；
；
。
取两侧污垢热阻为零计算壁温，得换热管平均传热壁温：
(2-32)
式中：有机液平均温度，；
循环水平均温度，；
管内表面传热系数，；
管外表面传热系数，。
壳体平均壁温，近似取壳程流体的平均温度，即。
壳体平均壁温与换热管平均壁温之差：

2.5.3 换热管内流体的流动阻力
（1）管程流动阻力
管程流动阻力；
单程直管阻力；
局部阻力；
结垢校正系数；
管程数；
壳程数。
管程流动阻力按下式计算:

根据参考文献[1]表1-1，取换热管管壁粗糙度，则，而，查参考文献[1]莫迪图得，流速，密度，所以：
(2-33)
(2-34)
对的管子有，且，
(2-35)
（2）壳程流动阻力
壳程流动阻力；
流体流经管束的阻力；
流体流经折流板缺口的阻力；
结垢校正系数。
壳程流动阻力按下式计算：
（对于液体）
流体流经管束的阻力：

式中：管子排列方式对压力降的校正系数，正三角形排列,正方形直列，正方形错列；
壳程流体的摩擦系数，当时，；
横过管束中心线的管数，。
折流板间距，折流板数,
(2-36)
流体流经折流板缺口的阻力
(2-37)
故 (2-38)
参考表2-5，该换热器的压降在合理的范围之内，故所设计的换热器合适。
表2-5 合理压力降的选取
操作情况
减压操作
低压操作
中压操作
较高压操作
操作压力/Pa (绝)
0~1×105
1×105~1.7×105
1.7×105~11×105
11×105~31×105
31×105~81×105
合理的压力降/Pa
0.1p
0.5p
0.35×105
0.35×105~1.8×105
0.7×105~2.5×105

换热器主要工艺结构参数和计算结果见表2-6。
表2-6 换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表
参数
管程
壳程
质量流量/(kg/h)
19893.048
40000
进/出温度/℃
25/33.5
65/60
设计压力/MPa
1.32
1.1
物性参数
定性温度/℃
29.25
62.5
密度/(kg/m3)
996.3
763.1
定压比热容/(kJ/( kg·℃)
4.180
3.534
黏度/(Pa·s)
0.855×10-3
0.586×10-3
热导系数/ W/(m·℃)
0.621
0.172
普朗特数
5.755
10.786
设
备
结
构
参
数
形式
固定管板