换热器的设计项目说明指导书

换热器设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多任务业部门通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类诸多，但依照冷、热流体热量互换原理和方式基本上可分三大类即间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目不同，详细可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热互换器等。由于使用条件不同，换热设备又有各种各样形式和构造。 换热器选型时需要考虑因素是多方面，重要有 ① 热负荷及流量大小； ② 流体性质； ③ 温度、压力及容许压降范畴； ④ 对清洗、维修规定； ⑤ 设备构造、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积形状和构造进行分类可分为管型、板型和其他型式换热器。其中，管型换热器中管壳式换热器因制造容易、生产成本低、解决量大、适应高温高压等长处，应用最为广泛。 管型换热器重要有如下几种形式 （1）固定管板式换热器当冷热流体温差不大时，可采用固定管板构造型式，这种换热器特点是构造简朴，制导致本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因而，管束热膨胀不受壳体约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。合用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢状况。 （3）U形管式换热器换热效率高，传热面积大。构造较浮头简朴，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性构造用于管壳温差较小状况普通≤50C，管间不能清洗 带膨胀节有一定温度补偿能力，壳程只能承受较低压力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差120℃；内垫片易渗漏 U型管式 制造、安装以便，造价较低，管程耐压高；但构造不紧凑、管子不易更换和不易机械清洗 填料函式 内填料函密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函管间容易泄露，不易解决易挥发、易爆易燃及压力较高场合 釜式 壳体上均有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管式 双套管式 构造比较复杂，重要用于高温高压场合或固定床反映器中 套管式 能逆流操作，用于传热面积较小冷却器、冷凝器及预热器 板式 板式 拆洗以便，传热面能调节，重要用于粘性加大液体间换热 螺旋板板 制造简朴，紧凑，可用于带颗粒物料，温位运用好；不易检修 伞板式 制造简朴、紧凑、成本低、易清洗，使用压力不不不大于1.2Mpa，使用温度不不不大于150℃ 板壳式 板数类似管束，可抽出清洗检查，压力不能太高 蓄 热 式 回旋式 盘式 传热效率高，用于高温烟气冷却等 鼓式 用于空气预热器等 固定格室式 紧凑式 合用于低温到高温各种条件 非紧凑式 合用于高温及腐蚀性气体场合 表 面 扩 展 式 板翅式 紧凑、效率高。可多股物流同步换热，使用温度不不不大于150℃，重要用于粘性加大液体间换热 管翅式 高效而紧凑，换热面积大，传热效果好 在过程工业中，由于管壳式换热器具备制造容易，生产成本低，选材范畴广，清洗以便，适应性强，解决量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多长处，管壳式换热器被使用最多。工业中使用换热器超过90都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用最为广泛一种换热器。结合上述长处和本工艺特点，本工艺换热器重要选用管壳式换热器。 1.2 管壳式换热器选用 1.2.1 构造参数拟定 ⑴管径 管径越小换热器越紧凑、便宜，但压力降会增长。为了满足容许压降，普通选用19mm管子；对于物流流量较大，采用25mm 以上管子。 ⑵管长 无相变传热时，管子长则换热系数增长，对于相似换热面积，管子长则管程数减小，使得压力降减小，每平方米传热面积比减少。国内生产原则钢管长度为6m，故系列原则中管长有1.5 m，2 m，3 m，6 m和9 m五种。因而，普通管长取4-6m，对大面积，无相变换热器管长可取至8～9m。 ⑶管子配布 换热管在管板上排列方式重要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。正三角形排列形式最为普遍，由于管距都相等，可以在同样管板面积上排列最多管数。但因管外不易清洗，其合用场合受到限制，重要合用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗场合。而采用正方形和转角正方形排列管束，可以使管间小桥形成一条直线通道，便于管外机械清洗。 ⑷管心距 管心距小设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。故普通选用范畴为 1.25～1.5d（d为管外径）。 表1-2 换热管管心距 换热管外径/mm 19 25 32 38 换热管中心距/mm 25 32 40 48 分程隔板槽两侧相邻管中心距/mm 38 44 52 60 ⑸管程数 管程数增长，管内流速增长，传热系数增长。管程数普通有1、2、4、6、8、10、12等七种。但管程数不能分得太多，以免压力降过大，且隔板要占用相称大布管面积。 ⑹折流板 折流板可以变化壳程流体方向，使其垂直于管束流动，提高流速，从而增长流体流动湍流限度，获得较好传热效果。折流板型式可分为圆缺形（弓形）折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈。 表1-3 折流板间距惯用数值 管长mm 折流板间距mm ≤3000 100 200 300 450 600 4500～6000 1500～6000 150 200 300 450 600 ≤6000 200 300 450 600 7500，9000 750 6000 300 450 600 750 7500，9000 6000～9000 450 600 750 1.3 换热器详细设计 本工艺共有41台换热设备（换热器、再沸器、冷凝器、预热器），这里咱们以浮头式换热器（E0602）详细设计为例。热物流经该换热器换热温度降至目的温度，冷却物流为循环冷却水。 由Aspen软件得到冷热工艺物流数据 表1-4 工艺操作参数 操作参数 参数 壳程 管程 介质 循环冷却水 甲苯回收塔塔底去一级结晶 质量流量（Kg/h） 343740.0 84194.9 入口温度（℃） 20.00 138.00 出口温度（℃） 30.00 34.00 入口压力（bar） 3.00 2.87 出口压力（bar） 2.87 2.7413 初步选取换热器形式后，依照任务规定运用Aspen Exchanger Design＆Rating V7.2进行模仿计算，模仿出来换热器工艺参数如图1-1所示 图1-1 换热器工艺参数