煤油冷却器的设计----原版

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1、课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书设计题目煤油冷却装置的设计煤油冷却装置的设计一设计要求： 1.处理能力：（32.4104）吨/年煤油 2.设备型式：列管式换热器 二操作条件：（1） 煤油入口温度 140，出口温度 40；（2） 冷却介质自来水，入口温度 30，出口温度 40；（3） 允许压强降不大于 105Pa;（4） 煤油定性温度下的物性数据：密度为 825kg/m3,粘度为 7.15 104Pa.s, 比热容为 2.22kj/(kg.)，导热系数为 0.14W/(m.)。每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行。三设计项目1选择适宜的列管换热器并进行核算。2绘制带控制点的工艺

2、流程图、主体设备图（含列管布置图） 。一、摘要一、摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器

3、可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。二、关键字二、关键字煤油，换热器，列管式换热器，固定管板式 目目 录录一、概述 1二、工艺流程草图及设计标准 12.1工艺流程草图 12.2设计标准 2三、换热器设计计算 23.1确定设计方案 23.1.1 选择换热器的类型23.1.2 流体溜径流速的选择23.2确定物性的参数 3

4、3.3估算传热面积 33.3.1 热流量33.3.2 平均传热温差33.3.3 传热面积 33.3.4 冷却水用量 43.4工艺结构尺寸 43.4.1 管径和管内流速4 3.4.2 管程数和传热管数4 3.4.3 平均传热温差校正及壳程数43.4.4 传热管排列和分程方法53.4.5 壳体内径53.4.6 折流板53.4.7 接管53.5换热器核算 63.5.1 热流量核算63.5.1.1 壳程表面传热系数63.5.1.2 管内表面传热系数73.5.1.3 污垢热阻和管壁热阻73.5.1.4 计算传热系数 KC73.5.1.5 换热器的面积裕度83.5.2 换热器内流体的流动阻力83.5.2.

5、1 管程流体阻力83.5.2.2 壳程阻力8四、设计结果设计一览表 10五、设计自我评价 11六、参考资料 12七、主要符号说明 13一、概述一、概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要 有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设 备,并占有十分重要的地位。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换 热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用 有着悠久的历史，而

6、且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器有以下几种：1、固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适 当位置上焊上一个补偿圈， （或膨胀节） 。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹 性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。 2、U 形管式U 形管式换热器每根管子均弯成 U 形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内 用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净 和不易

7、结垢的物料。 3、浮头式 换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以 沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍。二、二、 工艺流程草图及设计标准工艺流程草图及设计标准2.1工艺流程工艺流程草图草图adbc泵泵 2 2泵泵 1 1由于循环冷却水易结垢，为便于水垢的清洗，选择循环水做管程流体，煤油做壳程流体。管程与壳程流体的进出方向为上图所示，并选择逆流传热。图中水由泵 1 经过管程沿所示方向流动，煤油由泵 1 经过壳程沿所示方向流动。冷却循环水与煤油在设计的换热器中进行热交换，煤油由初温 140降温至，

8、40冷却循环水由初温升 30温至 40。2.2 设计标准设计标准（1）JB1145-73列管式固定管板热交换器（2）JB1146-73立式热虹吸式重沸器（3）中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器.国家技术监督局发布，1989（4） 钢制石油化工压力容器设计规定（5）JBT4715-1992固定管板式换热器型式与基本参数（6）HGT20701.8-2000容器、换热器专业设备简图设计规定（7）HG20519-92全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定（8）中华人民共和国国家标准 JB4732-95 钢制压力容器分析设计标准（9）中华人民共和国国家标准 JB4710-92 钢

9、制塔式容器（10）中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 压力容器波形膨胀节三、三、换热器设计计算换热器设计计算3.1 确定设计方案确定设计方案3.1.1 选择换热器的类型本次设计为煤油冷却器的工艺设计，工艺要求煤油（热流体）的入口温度 140，出口温度 40。采用循环冷却水作为冷却剂降低热的没有温度，冷却水的入口温度 30，根据经验结合选厂地址的水资源现状况，选定冷却水的出口温度 40。根据间壁式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，最大使用温差小于 120,选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于 60，故因选用带膨胀节的固定管板式换热器。3.1.2 流体流径流速的选择根

10、据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管程流体，煤油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为 ui=1.0m/s,管子选用25 2.5mm的较好级冷拔换热管（换热管标准：GB8163） 。3.2 确定物性参数确定物性参数定性温度：可取流体进口温度的平均值。 管程流体的定性温度为：90240140T（）煤油 90下的物性数据：3524030T() 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 煤油在 90下的有关物性数据循环冷却水在 35下的物性数据密度o=82

11、5 kg/m3密度i=994 kg/m3定压比热容Cpo=2.22kJ/(kgK)定压比热容Cpi=4.08kJ/(kgK)导热系数o=0.140 W/(mK)导热系数i=0.626 W/(mK)粘度o=0.000715 Pas粘度i=0.000725 Pas3.3、估算传热面积、估算传热面积3.3.1 热流量m0=（kg/h）2750024300108 .194 Qo=m0cp0t0=275002.22(140-40)=6.15106kJ/h=1695.8 kW3.3.2 平均传热温差()39304040140ln)3040()40140(21ln21 ttttmt3.3.3 传热面积 假设

12、壳程传热系数：0=400 W（m2） ，管壁导热系数 =45 W（m2）则 K=298.7W/(m2K),则估算面积为：S=Q0/(Ktm)=1.696106/(298.739)=145.86(m2) 考虑 15%的面积裕度则：S=1.15145.86=167.74(m2)3.3.4 冷却水用量（kg/h）4.149632 )3040(31008.4610105.60 iticpQiw3.4、工艺结构尺寸、工艺结构尺寸3.4.1 管径和管内流速选用 252.5 较高级冷拔传热管(碳钢 10)，取管内流速 ui= 1.5m/s3.4.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数=88

13、.7889（根） 5.1202.0785.09943600/4.1496322 4iuidqV sn按单程管计算，所需的传热管长度为：=24（m）89025.014.378.1670sndSL按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长为 l=6m，则该换热器的管程数为：NP=L/l=24/6=4传热管总根数：NT=894=356（根）3.4.3 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：R=(140-40)/(40-30)=10;P=(40-30)/(140-30)=0.091按单壳程，4 管程结构，温差校正系数应查有关图表可得t=0.82平均传热温差tm=ttm =0.8239=32（）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，故取単壳程合适。3.4.4 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。取管心距t=1.25d0，则t=1.2525=31.2532(mm) 横过管束中心线的管数（根）23