换热器设计：一：确定设计方案：1、选择换热器的类型两流体温度变化情况，热流体进口温度130°C，出口温度80°C；冷流体进口温度40°C，出口温度65°C。

该换热器用自来水冷却柴油，油品压力0.9MP，考虑到流体温差较大以及壳程压强0.9MP，初步确定为浮头式的列管式换热器。

2、流动空间及流速的确定由于冷却水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程，柴油走壳程。

从热交换角度，柴油走壳程可以与空气进行热交换，增大传热强度。

选用Φ25×2.5 mm 的10号碳钢管。

二、确定物性数据定性温度:可取流体进口温度的平均值。

壳程柴油的定性温度为T1=130°C，T2=80°C，t1=40°C，t2=65°CT=(130+80)/2=105(°C)管程水的定性温度为t=(40+65)/2=52.5(°C)已知壳程和管程流体的有关物性数据柴油105°C下的有关物性数据如下:ρ=840 kg/m3密度定压比热容C o=2.15 kJ/（kg·k）导热系数λo=0.122 W/(m·k)粘度µo=6.7×10-4N·s/m2水52.5°C的有关物性数据如下：ρ=988 kg/m3密度iC=4.175 kJ/（kg·k）定压比热容iλ=0.65 W/(m·k)导热系数i粘度 µi =4.9×10-4 N·s/m 2三、计算总传热系数1.热流量m 0=95000(kg/h)Q 0= m 0C o Δt o =95000×2.15×(130-80)=10212500kJ/h=2836.8(kw) 2.平均传热温差m t '∆=(Δt 1-Δt 2 )/ln(Δt 1/Δt 2)=[(130-65)-(80-40)]/ln[(130-65)/(80-40)]=51.5(°C)其中Δt 1=T 1-t 2，Δt 2=T 2-t 1。

3.水用量W c =Q 0/(C i Δt i )=10212500/[4.175×(65-40)]=97844.3kg/h=27.18kg/s 平均温差1221t t T T R --==406580130--=2 1112t T t t P --==401304065--=0.28 选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图可得t ∆ϕ=0.88。

mt m t t '∆⋅=∆∆ϕ=0.88×51.5=45.32°C 管子规格5.225⨯φ，L=3m 。

管束排列方式：正三角形排列。

一壳程四管程三角形管束排列方式285.2175.011==n K ，。

四、传热面积初值计算取总传热系数K=335W/(m 2.°C)18632.45335108.28363=⨯⨯=∆=m t K Q F m 2一管子面积 3102031⨯⨯⋅==-ππL d F i =0.1884m 2管子数 9871884.01861===F F N t 管子中心距 o d t 25.1==1.25×25=31.25mm ，取t=32mm管束直径 1095)175.0987(25)(285.211101=⨯=⋅=n t b K N d D mm 中心一行管束 34321095r ===t D N b 五、管侧传热系数估计壳体壁温T w假设冷凝给热系数为700W/m.K 平均温差：壳程平均温度：T=(130+80)/2=105°C 管程平均温度：t=(65+40)/2=52.5°C 则800)5.52105(700)105(⨯-=⨯-w T 得：T w =45°C 平均冷凝温度75245105=+=cm T °C 75°C 时柴油物性：密度 ρo =875 kg/m 3 定压比热容 C o =2.03 kJ/（kg·k ） 导热系数 λo =0.123 W/(m·k) 粘度 µo =6.1×10-4 N·s/m 231050.42603360026.12626-⨯=⨯=⋅=Γt h N L M 3109.898713360095000-⨯=⨯⨯kg/s.m 233432r =⨯=NK m W N g r h ./77223)109.8101.681.9875(123.095.0)(95.026/13/13426/1312o =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅Γ⋅=----μρλα%3.10%100700700772=⨯-，与假设值接近，不需重新假设冷凝给热系数。

六、管内给热系数管截面积 077.04987)1020(4442321=⨯⨯⨯=⋅⋅=-ππt i N d A m 2管内流速 357.0077.098818.271=⨯=⋅=A W u c ρm/s ))/((240020/357.0)5.5202.032.1(4200/)02.032.1(420022.08.02.08.0i K m W d u t i ⋅=⨯⨯+⨯=⋅+=α七、传热核算取水的污垢热阻为si R =3.44×10-4 m 2.K/W 柴油污垢热阻为o s R =1.72×10-4 m 2.K/W 管壁传热系数为 λ=45 W/m.K 则：K m W R d d b d d R d d K oso m o i o si i i o ⋅=+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=++⋅⋅++⋅=-------24333433'/3707721104394.3105.22451025105.220251044.3102024001025111αλα%5.10%100335335370'=⨯-=-K K K ，与假定K 值相近，试差结束。

八、壳侧压力降1、折流板计算D S =D b +16=921+16=937mm 取D S =600mm折流板选择为圆缺度为25%的圆缺型折流板。

则圆缺高度为： H=0.25×600=150mm 取标准圆缺高度为150mm折流板板间距为B=0.3D S =0.3×600=180mm 取折流板板间距为200mm 折流板数N B =L/B-1=3000/200-1=14 2、用Kern's 法计算压降 管子横截面积 02625.010********253260s =⨯⨯⨯-=⋅⋅-=-B D t d t A s m 2则壳侧质量流速 则2/3.100502625.0360095000m s kg A M G SO s ⋅===壳侧流体流速 s m G OSs /145.18753.1005u ===ρ 壳体当量直径 mm d t d d o o e 8.19)25917.032(2510.1)917.0(10.12222=⨯-=-=雷诺数32631101.6108.193.1005430=⨯⨯⨯=⋅=--μes e d G R 查壳侧阻力因子图得fo j =0.28取w μμ=，忽略粘度得影响，应用进口流速，其压降为式14.02)(28-⋅⋅⋅⋅⋅=∆ws e S fo S u B L d D j P μμρ的50%。

而Pau B L d D j P ws e S fo S 11403216.0875*******.1960028.08)(282314.02=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅⋅=∆--μμρ 则壳压降5.7kPa ，在104~105Pa 范围内，符合设计要求。

九、管侧压降计算 雷诺数14033109.49881020348.043=⨯⨯⨯⨯==--iii i e d u R μρ 查壳侧阻力因子图得fi j =0.39 管压降kPaPa u d L j N P mw i fi P t 87867462348.0988)5.210*2033.08(425.2)(8232==⨯⨯+⨯⨯⨯=⋅⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅⋅=∆--ρμμ在104~105Pa 范围内，符合设计要求。

十、裕度计算所需换热面积 23017032.45370108.2836m t K Q F m =⨯⨯=∆=实际换热器面积 2301209)57987(310253)(m N N L d F r t =-⨯⨯⨯⨯=-⋅⋅=-π面积裕度%23%100170170209%100001=⨯-=⨯-=F F F H 传热面积裕度合适，该换热器能够生产任务。

十一：零件的计算1）壳体、管箱壳体和封头的设计 1、壁厚的确定表 1 碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度公称直径 400~700 700~1000 1000~15001500~20002000~2600浮头式810121416表 2 壳体、管箱壳体厚度DN,mm 材料 壳程或管程公称压力PN ，MPa0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 厚度，mm600Q235-A/B/C 8 8 8 10 —— —— 16MnR 8 8 8 8 12 16 1Cr18Ni9Ti55681218由之前的计算知，壳体和管箱壳体外径为600mm 。

选用Q235-A 碳素钢板材制壳体和管箱壳体，在105°C 时[σ]t =113MPa 。

下面确定其壁厚。

取工作压力等于设计压力，则p c =0.9MPa ，提高到管程设计压力计算，焊接接头系数φ=0.85。

计算壁厚 mm p D p S c to c 8.29.085.011326009.0][2=+⨯⨯⨯=+⋅=φσ 设计壁厚 由于柴油的腐蚀强度低，取腐蚀裕量C 2=1mm 。

则：m m 8.318.22=+=+=C S S d此时负偏差为C 1=0.5mm ，则S d +C 1=4.3mm 。

名义壁厚 ∆+=∆++=3.41C S S d n ，可取名义壁厚为5mm 。

而由上表知可取壳体和管箱壳体壁厚为6mm ，但是考虑到公称压力和材料的选择，选取壳体和管箱壳体厚度为8mm 。

其单位长度质量为120kg ，单位长度的容积为0.283m 3。

2、封头：选择标准椭圆形封头JB/T4737-95受内压（凹面受压）的椭圆形封头的计算壁厚为：2)]2(2[6125.0][25.0][2ii c t oc c t i c h D K p D p K p D p K S +=+-⋅⋅⋅=-⋅⋅⋅=⋅φσφσ而对于标准椭圆形封头，K=1.00，故mm p D p S c to c 8.229.05.085.011326009.025.0][2=+⨯-⨯⨯⨯=+-⋅=φσ 表 3 封头厚度DN,mm 材料 壳程或管程公称压力PN ，MPa 0.6 1.0 1.6 2.5 4.06.4厚度，mm600Q235-A/B/C 88 8 10 —— 16MnR 8 8 8 8 10 16 1Cr18Ni9Ti55681218表 4 标准椭圆形封头的直边高度h o (mm)封头材料 碳素钢、普低钢、复合钢板 不锈钢 封头壁厚 4~8 10~18 ≥20 3~910~18 ≥20 直边高度25 40 50254050由以上壳体和管箱壳体的尺寸结构应选择的封头为DN=600mm ，材料为Q235-A ，封头厚度为8mm ，直边高度为25mm 。