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1、化工原理课程设计煤油冷却器设计说明书学院：食品与生物工程学院班级：生工111班姓名：孟祥伟学号：2011053047化工原理课程设计任务书1 设计题目：2万吨/年煤油冷却器设计2 设计任务：处理能力： 万吨/年煤油3 操作条件：3.1 温度：煤油入口温度 100，出口温度 40冷却水入口温度 30，出口温度 503.2 热损失3%Q3.3 开工天数：330天/年，每天24小时连续运行3.4 允许压降：不大于105pa3.5 建厂地址：齐齐哈尔地区4 设备型式 固定板式换热器5 设计内容5.1 设计方案简介5.2 换热器的工艺计算5.3 换热器的主要结构尺寸设计5.4 编制设计说明书5.5 绘制
2、换热器总装配图目录第一章 概述4一、概念41、换热器的定义42、换热器的分类4二、管壳式换热器的结构形式41、管壳式换热器的形式42、固定管板式换热器的优缺点53、固定管板式换热器的结构5第二章 固定管板式换热器的设计计算7一、初选换热器规格71、确定流体通入空间72、确定流体的定性温度、物性数据73、计算热负荷74、计算两流体的平均温差，并确定75、初选换热器规格8二、核算总传热系数91、计算管程对流传热系数92、计算管程对流传热系数 93、确定污垢热阻104、计算总传热系数10三、计算压强降101、计算管程压强降102、计算壳程压强降11第三章 换热器的主要结构尺寸12一、管子的规格和排列
3、方法12二、管程数与壳程数的确定12三、外壳直径的确定12四、折流板形式的确定12五、主要附件的尺寸设计131、封头132、缓冲挡板133、放气孔、排液孔134、接管135、假管136、拉杆和定距管13第四章 工艺设计计算结果汇总表14附录 参考文献15总结 心得体会16第一章 概述一、 概念1.换热器的定义换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷
4、、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。2.换热器的分类1）直接接触式换热器这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量。这类换热器的介质通常是一种是气体，另一种是液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。2）蓄能式换热器简称蓄能器，这类换热器用量极少，原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量的目的。3）板、管式换热器
5、这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器是我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。二、 管壳式换热器的结构形式1.管壳式换热器的形式1）固定管板式固定管板式即两端管板和壳体连接在一起，因此它具有结构简单和造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。具有补偿圈的固定管板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束膨胀不同时，补偿圈发生弹性形变，以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。2）U形管换热器U形管换热器的管子弯成U形，管子的两端固
6、定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸缩，而与其他管子及壳体无关。这种类型换热器的结构比较简单，重量轻，适用于高温和高压的场合。其主要缺点是：管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净；且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率较差。3）浮头式换热器浮头式换热器的两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热（或受冷）时，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修，故浮头式换热器较为常见。但这种换热器结构比较复杂，金属耗量较多，造价也较高。综上所述，本次设计选择固定管板式换
7、热器。2.固定管板式换热器的优缺点固定管板式换热器的特点是：1）、旁路渗流较小；2）、锻件使用较少，造价低；3）、无内漏；4）、传热面积比浮头式换热器大20%30%。固定管板式换热器的缺点是：1）、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t50,当t50时必须在壳体上设置膨胀节；2）、易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；3）、壳程无法机械清洗；4）、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。3.固定管板式换热器的结构1）换热管布置和排列间距 直径小的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。换热
8、管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、正三角形直列、正三角形错列和同心圆排列。 （A）（B）（C） （D） （E）图 1-4 换热管在管板上的排列方式(A) 正方形直列 （B）正方形错列 (C) 正三角形直列 （D）正三角形错列 （E）同心圆排列 2）管板 管板与管子的连接可胀接或焊接。胀接法是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封紧固的目的。胀接法一般用在管子为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过4 MPa，设计温度不超过350的场合。 3）封头和管箱 封头 当壳体直径较小时常采用封头。接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，
9、以便卸下封头，检查和清洗管子。 管箱 换热器管内流体进出口的空间称为管箱,壳径较大的换热器大多采用管箱结构。由于清洗、检修管子时需拆下管箱，因此管箱结构应便于装拆。分程隔板 当需要的换热面很大时，可采用多管程换热器。对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，这样可提高介质流速，增强传热。4) 壳体壳体一般为圆筒，在壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排出用。为防止进口流体直接冲击管束而造成管子的侵蚀和振动，在壳程进口接管处常装有防冲挡板，或称缓冲板。当壳体法兰采用高颈法兰或壳程进出口接管直径较大或采用活动管板时，壳程进出口接管距管板较远时，流体停滞区过大，靠近两端管板的传热面积利用率很低。为克服这一
10、缺点，可采用导流筒结构。导流筒可减少流体停滞区，改善两端流体的分布，增加换热器的有效换热长度，提高传热效率外，还起防冲挡板的作用，保护管束免受冲击。第二章 固定管板式换热器的设计计算一、 初选换热器规格1. 确定流体通入空间 换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步选用固定管式换热器。且冷却水走换热器的管程，煤油走换热器的壳程。2、确定流体的定性温度、物性数据被冷却物质为煤油，入口温度为,出口温度为冷却介质为自来水，入口温度为，出口温度为煤油的定性温度：水的定性温度：两流体的温差：由于两流体温差小于50，故可选用不带膨胀节的固定管板式换热器。两流体在定性温度下的物性数据如下： 物性流体煤油
11、70775 1.030810-32.21540.12水40992.24.1740.6343、计算热负荷热损失为3%Q，水的流量可由热量衡算求得,即水的体积流量为： 4.计算两流体的平均温差，并确定按纯逆流计算：校正：由R、P的值查图得：校正后的温差：5.初选换热器规格初步假设：，管内水的流速初步选用的不锈钢管，则有：管子数目为：初步选用管长，则：管程数：管子总数：管心距：（采用焊接的方法）壳体内径：取壳体壁厚为，则有：壳体外径：综上所述，此换热器的规格尺寸如下：壳体直径：160mm管排方式：正三角形管长L:6m管尺寸： 管数：28管程数：2管心距：25mm壳程数：1采用此换热器，要求换热过程的
12、总传热系数为：二、核算总传热系数1.计算管程对流传热系数(湍流) （水被加热）2.计算壳程对流传热系数换热器管排中流体流通截面积为：式中，取折流挡板间距煤油的体积流量：煤油的流速：由于管为三角形排列，则有：因为在范围内，故可采用凯恩法求算，即由于液体被冷却 ，取0.95，所以3.确定污垢热阻（煤油）4.计算总传热系数 (管壁热阻忽略不计)则有：所选择换热器的面积裕度（安全系数）为：3、计算压强降（1）、计算管程压强降前已算出 ；取不锈钢管壁的粗糙度，则由摩擦系数图查得所以对于203.0mm的管子，有(2)、计算壳程压强降管子为正三角形排列，则取F=0.5折流挡板间距折流板数所以由于,从上面计算
13、可知，、，该换热器管程与壳程的压强降均满足题设要求，故所选换热器合适。第三章 换热器的主要结构尺寸一、管子的规格和排列方式考虑到管内水的流速，选用规格的管子。固定管板式换热器多采用正三角形排列，优点：管板的强度高；流体走短路的机会少；对管外流体扰动较大，因此对流传热系数高；相同壳程内可排列更多的管子。故本次设计的换热器选择正三角形排列。二、管程数与壳程数的确定前已算出管程数，且由R、P值查表得温度校正系数，故采用单壳程的固定管板式换热器。三、外壳直径的确定前已算出，取壳体壁厚，则有：四、折流板形式的确定折流挡板的主要作用是引导壳程流体反复的改变方向做错流流动，以加大壳程流体湍动速度，致使壳程对流传热系数提高。此换热器选择水平圆缺形折流板，取切去的圆缺高度为外壳内径的15%（圆缺率的范围一般为10%45%），即为：折流板的间距，在允许的压力损失范围内希望尽可能小。一般推荐折流板间隔最小值为壳内径的或者不小于。折流板间距取。由折流板厚度表可知，此换热器折流板壁厚取：。折流板的最大无支撑间距如表所示：换热管外径（mm）141619253238最大无支撑间距(mm)110013001500185022002500 折流板的厚度可由下表得出：公称直径DN（mm）换热管无支撑跨距3003006006009009001200120015001500折流板的最小厚度(mm)400345810
