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1、重庆科技学院油气集输工程课程设计报告院（系）:_石油与天然气工程学院_ 专业班级: 油气储运 09-2 学生姓名: 向晋宏 学 号: 2009443854 设计地点（单位）_K713_ _ _ _设计题目: 某三甘醇天然气脱水工艺设计换热器选型 完成日期： 2012 年 6 月 20 日 指导教师评语: _ _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ _ 重庆科技学院2摘要热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备，换热器是石油工业及其它行业中广泛使用的热量交换设备。在这种设备内，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；一种流体温度较低，吸收热量。按用途
2、它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器的特点是冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。通常在石油化工工艺中，换热器约占全部工艺设备投资的 35-40%。石油化工装置中的换热设备，应用得最为广泛的是管壳式换热器。虽然管壳式换热器在换热效率、紧凑性及金属消耗量等方面不及其它新型换热器，但它具有结构坚固、可承受较高压力、制造工艺较成熟、适应性大、材料范围广等优点，因而目前仍是石油化工生产中的主要设备。工业生产使用
3、中可选用标准系列产品，也可以按特定条件设计，以满足生产工艺的要求。关键词：换热器 设计 定性温度 物性参数 换热面积 传热系数 压强降 壁温 折流板 裕度 重庆科技学院3目录1 确定设计方案31.1 选择换热器的类型31.2 固定管板式换热器主要特点31.3 固定管板式换热器可选用和设计步骤41.4 流速的选择42 确定物性数据63 设计计算及说明73.1 估算传热面积73.1.1 热流量73.1.2 富甘醇流量73.1.3 平均传热温度73.1.4 初算传热面积73.2 工艺结构尺寸83.2.1 管径和管内流速83.2.2 管程数和传热管数83.2.3 平均传热温差校正及壳程数83.2.4
4、传热管排列和分程方法93.2.5 壳体直径93.2.6 折流板93.2.7 接管103.2.8 其他附件尺寸选择103.3 换热器核算103.3.1 管程对流传热系数103.3.2 壳程对流传热系数113.3.3 传热系数 K123.3.4 传热面积123.3.5 壁温核算133.3.6 核算压强降13 4 设计结果概要表154.1 换热器主要结构尺寸和计算结果154.2 主要符号说明165 总结176 参考文献18重庆科技学院31 确定设计方案确定设计方案的原则:满足工艺和操作上的要求，确保安全生产，做到经济、技术上的合理，即尽可能节省设备费用和操作费用。根据换热器设计手册和天然气集输工程的
5、一般设计，贫甘醇应走壳程，富甘醇应走管程。由给出的温度考虑，两液体应该是逆流设计。1.1 选择换热器的类型贫/富甘醇进口与出口温度：贫甘醇进口温度 196，出口温度为 86；富甘醇进口温度为 32，出口温度为 t。计算贫甘醇热负荷：贫甘醇在平均温度为 144的比热容为 2.86 ，/()kJgK贫甘醇热负荷为： 386.0(28).612385.7/h计算富甘醇出口温度：假定富甘醇出口温度为 149。富甘醇（99.0%）在 88.5时的比热容为 2.6157 /()kJgK由热量平衡确定富甘醇的出口温度，经迭代计算得： 12385.79.12657(9)tt=149从两流体的温度来看，换热器的
6、管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。1.2 固定管板式换热器主要特点 （1）耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到 100都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。（2）耐温性：聚丙烯塑料熔点为 164-174，因此使用温度可达 110-125。（3）无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。重庆科技学院4（4）重量轻：对设备安装维修极为方便。1.3 固定管板式换热器可选用和设计步骤（1）确定设计方案。（2）计算传热量和平均温差，平均温差一般按逆
7、流计算后再用系数校正。（3）估算总传热系数和冷却水的流速，估计传热面积。（4）计算出单程管数、管长，确定选用哪种型号的换热器。管程数 Np,壳程数Ns,总管数 N 等.（5）核算总传热系数 K，若与假设值相差不大（ / =1.151.25）就不再K计 选重新计算，否则应重新 K 值选型。（6）校核传热面积，若欲度在 15%28%之间不再重新计算。（7）校核壁温，与初始假设壁温相差在1范围内不再重新计算。（8）计算管程、壳程阻力损失。1.4 流速的选择流体在壳程或管程内的流速增大，不仅对流传热系数增大，也可减少杂质沉积或结垢，但流体阻力也相应增大。故应选择适宜的流速，通常根据经验选取。表 1、表
8、 2 附出了一些经验值。表 1 管壳式换热器中常用的流速范围流速（m/ S -1）流体种类管程 壳程低黏度流体 0.5 3 0.2 1.5易结垢流体 1 0.5气体 530 215表 2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速重庆科技学院5液体粘度，mPas 1500 1500500 500100 10035 351 1最大流速，m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4重庆科技学院62 确定物性数据定性温度：对于低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故管程富甘醇的定性温度为： 5.902143T壳程贫甘醇的定性温度为：142869T富甘醇在 90.5的有关物性数据如下
9、：密度： =1086kg/m3 o定压热容比： =4190J/(kgK)poc热导率： =0.662W/(mK)粘度： =0.00054Paso液化热： =2168.1kJ/kgr贫甘醇在 142的有关物性数据如下：密度： =1047kg/m3 i定压热容比： =4174J/(kgK)pic热导率： =0.6176W/(mK)i粘度： =0.0008007Pas i重庆科技学院73 设计计算及说明3.1 估算传热面积3.1.1 热流量 WtCWQpic 2350417)869(360127)(2 3.1.2 富甘醇流量 skgh /5.6932-1490tc12p ）（）（3.1.3 平均传热
10、温度先按逆流计算9105.37)286(149lnln21 ttm3.1.4 初算传热面积列管换热器中 K 值范围两流体 K/( )2/Wm有机物水有机物黏度 0.5mPs300800=0.51.0 2005001.0 50300根据流体情况，假设 240W/Km重庆科技学院82 m846.1590.3742mtKQS3.2 工艺结构尺寸3.2.1 管径和管内流速 选用 252.5mm 较高级冷拔传热管（碳钢） ，取管内流速 。s/m5.1ui3.2.2 管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 1495.02.4869udqN2ivs 按单管程计算，所需的传热管长度为 ）（m
11、124905.1386NdSLs0 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长 l=6m，则该换热器的管程数为261lLp传热管总根数 n=149 2=2983.2.3 平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数计算如下 13.02984tTP1257.6tR12按单壳程，双管程结构，换热器设计手册，得：95.0t平均传热温差为 重庆科技学院9C0.3691.75.0ttm由于平均传热温差校正系数大于 0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。3.2.4 传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
12、见下图。取管心距 ，则0td25.1PmPt 325.12.隔板中心到离其最近一排中心距离： mZt623各程相邻管的管心距为 44mm。3.2.5 壳体直径 采用多管程结构，壳体直径估算。取管板利用率 ，则壳体直径为：75.0m6705.29830.1nP5.Dt 所以去壳体直径 D=650mm,此时壳壁厚 S 取 10mm。3.2.6 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆缺高度为：mh1687025.重庆科技学院10故可取 h=150mm取折流板间距 B=200mm （0.2DBD）,则折柳板数为 142031N折 流 板 间 距传 热 管 长B折流板厚度 5mm折流板高度 70*D=320mm3.2.7 接管 壳程流体进出口接管：取接管内液体的流速为 ，则接管径为s
