年产15万吨醋酸乙烯3-2换热器设计说明书.doc
中化泉州乙烯滨海15万吨/年乙酸乙烯酯下游产业项目
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换热器选型计算说明书
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第二章换热器设计
2.1换热器设计依据
表2-1换热器设计依据
内容出版日期及标准号
《化工设备设计全书—换热器》
2003-5
《热交换器》
GB/T151-2014
《压力容器》
GB150-2011
《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》
HG/T20553-2011
《钢制管法兰、垫片和紧固件》
HG/T20592~20635-2009
《容器支座》
JB/T4712-2007
《补强圈》
JB/T4736-2002
2.2换热器工艺方案的确定
2.2.1换热器概述
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。
化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。
2.2.2换热器选型
换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降得范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。
换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。间壁式换热器有夹套式、管式和板式换热器。
管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。
列管式换热器可根据其结构特点，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。各类换热器特性如下表。
表2-2各类换热器特性
分类
名称
特性
相对费用
耗用金属kg/m3
管壳式换热器
固定管板式
使用广泛；壳程不易清洗，管壳两物料温差大于60℃时应设膨胀节，最大使用温差不应大于60℃。
1.0
30
浮头式
壳程易清洗；管壳两物料温差可大于120℃；内垫片易渗漏。
1.22
46
调料函式
优缺点同浮头式；造价高，不宜制造大直径设备。
1.28
U形管式
制造安装方便，造价较低；管程耐高压；结构不紧凑，管子不易更换，不易机械清洗。
1.01
列管换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。一般要根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。从经济角度看，只要工艺条件允许，应该优先选用固定管板式换热器。但遇到以下两种情况时，应选用浮头式换热器。
1、壳壁与管壁的温差超过70℃；壁温相差50~70℃。而壳程流体压力大于0.6MPa时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。
2、壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用浮头式和固定管板式换热器。
2.2.3换热管规格选择
管子的外形：列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。一般按光滑管设计。当壳程膜系数低，采取其他措施效果不显著时，可选用螺纹管，它能强化壳程的传热效果，减少结垢的影响。
管子的排列方式：相同壳径时，采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子，使单位传热面积的金属耗量降低。一般壳程流体不易结垢或可以进行化学清洗的场合下，推荐用正三角形排列。必须进行机械清洗的场合，则采用正方形排列。
管子直径：管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降
越大，为了满足允许的压力降一般选用Ф19mm的管子。对于易结垢的物料，为方便清洗，采用外径为25mm的管子。对于有气液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径。直径小的管子可以承受更大的压力，而管壁较薄，有利传热；相同的壳径，可以排较多的小管子，使传热面积增大，单位传热面积的金属耗量降低。所以，在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用Φ19mm×2mm的管子是合理的。
管长：无相变换热时，管子较长，传热系数增加。在相同传热面时，采用长管管程数较少，压力降小，而且每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长给制造带来困难。壳径较大的换热器采用较长的管子可降低单位传热面积的金属