戊烷冷却器的设计

闫绍峰，佟志远，付一航，朱海明

(辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001)

1 引 言

换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，又称热交换器。换热设备是化工、炼油工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传递给低温流体。换热器还广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业。它的主要功能是使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。随着经济的发展和社会的不断进步，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。

2 设计主要参数与要求

2.1 设计参数

设计参数见表1。

表1 设计参数

2.2 设计要求

对于管壳式换热器，确定其设计方案应从以下几个方面着手：选择换热器类型；工艺设计计算；选择流体流速；选择加热剂和冷却剂；确定流体进出口温度；选择材质；确定管程数和壳程数。此外，在设计之前先对换热器的类型、流体流动空间等进行说明。

工艺设计计算：计算流体流量；确定换热系数；确定换热管管数；核算管程与壳程的压力降；核算总换热系数等。

机械设计计算：筒体设计；封头设计；管箱设计；法兰选择；开孔补强计算等。

3 主要设计内容

3.1 工艺设计计算

(1) 确定换热管管数。

该设计选用φ19 mm×2 mm的碳钢管，材质为10,管长为600mm，得

管子排列方式：转正方形。取换热管中心距为25 mm。

(2)换热器筒体直径校核。

筒体直径可由下式计算

式中：η—管板利用率，由于本次设计的浮头式换热器为单壳程，多管程结构，因此取 0.8；t—换热管中心距，由上知t=25 mm；N—换热面积；最终圆整取壳体内径为600 mm。

3.2 强度设计计算

该设计选用Q345R作为壳体与封头的材料。

3.3 SW6-2014对封头强度计算的校核

为验证该设计的强度是否合格，采用工业生产中常用的压力容器强度校核软件SW6-2014对其进行计算校核，部分结果如表2所示。

表2 SW6-2011管箱封头强度校核

经过计算校核，结果显示该设计的各项强度都满足设计要求，结论为合格。

4 结论

本次设计的戊烷冷却器，采用浮头式换热器的形式，拆装维修方便，壳层便于清洗，无温差、无应力，能广泛应用于管、壳层流体介质温差较大的场合，能很好地完成介质之间的热量转换工作，经SW-6过程设备强度校核软件进行强度校核，结果显示合格。