戊烷冷卻器的設計

閆紹峰，佟志遠，付一航，朱海明

(遼寧工業大學機械工程與自動化學院，遼寧 錦州 121001)

1 引 言

換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的節能設備，又稱熱交換器。換熱設備是化工、煉油工業中普遍應用的典型工藝設備，用來實現熱量的傳遞，使熱量由高溫流體傳遞給低溫流體。換熱器還廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業。它的主要功能是使流體溫度達到工藝過程規定的指標，以滿足工藝過程上的需要，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。隨著經濟的發展和社會的不斷進步，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展需要，我國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。

2 設計主要參數與要求

2.1 設計參數

設計參數見表1。

表1 設計參數

2.2 設計要求

對于管殼式換熱器，確定其設計方案應從以下幾個方面著手：選擇換熱器類型；工藝設計計算；選擇流體流速；選擇加熱劑和冷卻劑；確定流體進出口溫度；選擇材質；確定管程數和殼程數。此外，在設計之前先對換熱器的類型、流體流動空間等進行說明。

工藝設計計算：計算流體流量；確定換熱系數；確定換熱管管數；核算管程與殼程的壓力降；核算總換熱系數等。

機械設計計算：筒體設計；封頭設計；管箱設計；法蘭選擇；開孔補強計算等。

3 主要設計內容

3.1 工藝設計計算

(1) 確定換熱管管數。

該設計選用φ19 mm×2 mm的碳鋼管，材質為10,管長為600mm，得

管子排列方式：轉正方形。取換熱管中心距為25 mm。

(2)換熱器筒體直徑校核。

筒體直徑可由下式計算

式中：η—管板利用率，由于本次設計的浮頭式換熱器為單殼程，多管程結構，因此取 0.8；t—換熱管中心距，由上知t=25 mm；N—換熱面積；最終圓整取殼體內徑為600 mm。

3.2 強度設計計算

該設計選用Q345R作為殼體與封頭的材料。

3.3 SW6-2014對封頭強度計算的校核

為驗證該設計的強度是否合格，采用工業生產中常用的壓力容器強度校核軟件SW6-2014對其進行計算校核，部分結果如表2所示。

表2 SW6-2011管箱封頭強度校核

經過計算校核，結果顯示該設計的各項強度都滿足設計要求，結論為合格。

4 結論

本次設計的戊烷冷卻器，采用浮頭式換熱器的形式，拆裝維修方便，殼層便于清洗，無溫差、無應力，能廣泛應用于管、殼層流體介質溫差較大的場合，能很好地完成介質之間的熱量轉換工作，經SW-6過程設備強度校核軟件進行強度校核，結果顯示合格。