炼厂322℃工艺气余热换热器设计

目 录
摘 要 I
Abstract I
1绪论 2
1.1概述 2
1.1.1换热器的类型 2
1.1.2换热器 2
1.2设计的目的与意义 3
1.3炼厂322℃工艺气余热换热器的发展史 4
1.4炼厂322℃工艺气余热换热器的国内外概况 5
1.5壳层强化传热 5
1.6管层强化传热 5
1.7提高炼厂322℃工艺气余热换热器传热能力的措施 6
1.8 设计思路、方法 7
1.8.1换热器管形的设计 7
1.8.2 换热器管径的设计 7
1.8.3换热管排列方式的设计 7
1.8.4 管、壳程分程设计 8
1.8.5折流板的结构设计 8
1.8.6管、壳程进、出口的设计 8
1.8.7设计要求 8
1.9 选材方法 9
1.9.1 炼厂322℃工艺气余热换热器的选型 9
1.9.2 流径的选择 12
1.9.3 流速的选择 13
1.9.4材质的选择 13
1.9.5 管程结构 14
2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 15
2.1 管径 15
2.2 管子数n 16
2.3 管子排列方式，管间距的确定 16
2.4换热器壳体直径的确定 16
2.5 换热器壳体壁厚计算及校核 16
3换热器封头的选择及校核 18
4容器法兰的选择 19
5管板 20
5.1管板结构尺寸 20
5.2管板与壳体的连接 21
5.3管板厚度 21
6管子拉脱力的计算 22
7计算是否安装膨胀节 24
8折流板设计 26
9开孔补强 31
10 支座 33
10.1裙座设计 33
10.2基础环设计 35
10.3地脚栓的设计 37
参考文献 39
致 谢 40

1.8 设计思路、方法
1.8.1换热器管形的设计
管子外形有光管、螺纹管。相同条件下, 采用螺纹管管束比光管管束能增加换热面积2 倍左右。同时, 由于螺纹管的螺纹结构能有效破坏流体边界层, 有效提高了换热器的传热能力。当壳程介质易结垢时, 由于外螺纹管束沿轴向的胀缩作用使换热管外壁的硬垢脱落, 具有良好的自洁作用, 能够有效防止管束外壁的结垢, 减小换热器壳程热阻, 提高换热器的传热能力。
1.8.2 换热器管径的设计
由于小直径换热管具有单位体积传热面积大, 换热器结构紧凑, 金属耗量少, 传热系数高的特点, 在换热器结构设计中, 对于管程介质清洁、不易结垢的介质, 采用小管径管束能有效增加换热面积。相同条件下, 采用Φ19mm 管束比采用Φ25mm 管束能提高传热面积30%～40% , 节约金属20% 以上。
1.8.3换热管排列方式的设计
管子的排列方式有等边三角形、正方形和同心圆排列等, 对于壳程介质不易结垢或可用化学方法清洗污垢的介质, 采用三角形排列可使换热器的外径减小15% ; 对于需要机械清洗的管束, 管子排列应采用正方形; 对于小于300mm 的换热器, 为使管束排列紧凑, 可采用同心圆排列。
1.8.4 管、壳程分程设计
管程分程设计。当需要的传热面积很大,换热管长度太长( 对卧式换热器管长比壳径比超过6～10, 立式换热器超过4～6 时) , 采用单管程换热器使管程流速很低时, 可采用管程分程的办法来提高管程换热介质的流速。因为决定管程介质的流态的雷诺数Rei 与管程介质流速成正比,为提高换热器管程换热系数hi, 可采用管程分程的办法提高管程换热系数。
壳程分程设计。为了提高换热器传热能力, 且不使换热管太长, 壳程利用横向折流板或纵向折流板分程。壳程分程可增加对壳程换热介质的扰动, 使壳程换热介质流速增加, 流程加大,换热介质横向冲刷扰动加大, 提高换热器传热能力。
1.8.5折流板的结构设计
折流板的结构设计包括型式的确定, 形状的设计, 缺口高度设计和折流板间距设计。换热器壳程折流板可分为横向折流板和纵向折流板, 由于壳程加装纵向折流板在制造工艺上较困难, 而且造成壳程压降增加, 因此一般采用壳程加装横向折流板。壳程加装横向折流板后, 壳程换热介质雷诺数Re0≥100 时, 壳程介质即达湍流, 能有效提高换热器的传热能力, 横向折流板常采用弓形和盘- 环形, 弓形折流板加工、制造和组装较方便, 使用最普遍, 盘- 环形折流板主要用于小型换热器中。在换热器结构设计中, 合理设计折流板间距是保证壳程换热介质的压力降满足设计要求的关键。
1.8.6管、壳程进、出口的设计
管程进、出口管的设计。管程进、出口管径在考虑管程压降允许的条件下, 通过计算确定管径, 其计算公式为ρω2<3 300( ρ 为管程介质密度, kg/m3; ω 为管程介质进、出口流速, m/s) 。为保证管程流体的均匀分布, 充分发挥换热管的换热性能, 管程进、出口应设置在换热器管程的底部和顶部。
对换热器的使用寿命影响较大, 特别是壳程换热介质流速较高或介质中含有固体颗粒。为保证换热器的使用性能, 可在壳程入口加装防冲板, 对介质冲刷起到缓冲的作用, 保护管束不受冲击; 为避免壳程入口流速过高, 壳程介质流速有一定的限制: ρω2<2 200。
1.8.7设计要求
换热器形式：管壳式换热器。
管程：工艺气。入口温度322 ，出口温度205
壳程: 除氧水。入口温度177 ，出口过热水蒸气184
工作压力：工艺气2.39Mpa，除氧水3.34Mpa
除氧水流量5.48t/h
工艺气体积流量67920Nm3/h（38000 Nm3/h工艺干气与29920 Nm3/h水蒸气）
换热器允许压降0.1Mpa