煤油冷却器的课程设计课程设计

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1、1x xx xx xx xx x 大大学学化化 工工 原原 理理 课课 程程 设设 计计题目题目 煤油冷却器的设计煤油冷却器的设计 教教 学学 院院 专业班级专业班级 学生姓名学生姓名 学生学号学生学号 指导教师指导教师 2012年年 6 月月 8 日日 2目录第一章 绪论 1第二章 方案设计说明 12.1 换热器的选型 12.1.1 换热器的分类12.1.2 间壁式换热器 12.1.3 管壳式换热器 12.1.4 换热器的选型 22.2 材质的选择 22.3 换热器其他结构设计 22.3.1 管程机构 22.3.2 壳程结构 2第三章 管壳式换热器的设计计算33.1 确定设计方案 33.1.

2、1 选择换热器类型 33.3.2 流动空间及流苏确定 33.2 确定物性参数 33.3 计算总传热系数 .43.3.1 热流量 43.3.2 平均传热温差 43.3.3 冷却水用量 43.3.4 总传热系数 43.4 计算传热面积 53.5 工艺结构尺寸 53.5.1 管径和管内流速 53.5.2 管程数和传热管数 53.5.3 平均传热温差校正及壳程 63.5.4 传热管排列和分程方法 63.5.5 壳体内径 63.5.6 折流板 73.5.7 接管 733.6 换热器核算 73.6.1 热量核算 73.6.2 换热器内流体的流动阻力 9第四章 计算结果一览表 11课程设计心得与体会 12参

3、 文 文 献 14附录（1）油冷却器的设计任务书 15附录（2）符号说明 161第一章 绪论工程设计是工程建设的灵魂，又是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽 带，它决定了工业现代化水平。设计是一项政策性很强的工作，它涉及政治、 经济、技术、环保、法规等诸多方面，而且还会涉及多专业、多学科的交叉、 综合和相互协调，是集体性的劳动。先进的设计思想、科学的设计方法和优秀 的设计作品是工程设计人员应坚持的设计方向和追求的目标。而化工原理课程 设计，是将所学的化工原理理论知识联系实际生产的重要环节。一方面，它要 求综合运用物理，化学，化工原理，工程制图的理论知识，确定生产工艺流程 和计算设备的尺寸；另一

4、方面，又要求根据设计对象的具体特征，凭借设计者 的经验（或借鉴前人的经验） ，灵活运用设计的诀窍，对所选设备，工艺过程以 及各种参数进行合理的筛选，校正和优化，达到经济合理的生产要求。第二章 设计方案说明2.1 换热器的选型2.1.1 换热器的分类换热器是化工，炼油工业中普遍应用的工艺设备，用来实现热量的传递， 使热量由高温流体传给低温流体。根据传热方式可分为混合式换热器，蓄热式 换热器，和间壁式换热器，其中间壁式换热器是工业中应用最为广泛的一类。 其主要特点为：冷热流体被一固体间壁隔开，通过壁面进行转热。考虑到间壁 式换热器设计技术比较成熟，而且国家在该类换热器的设计，制造，检验和验 收等方

5、面已有较为完善的设设计资料和系列化标准，因此选择间壁式换热器。2.1.2 间壁式换热器按照传热面的形状和结构特点，间壁式换热器又可细分为管式换热器，如 套管式，螺旋管式，管壳式，热管式；板面式换热器，如板式，螺旋式，板壳 式等；扩展面式换热器，如板翅式，管翅式，强化的传热管等。在管式换热器 中，管壳式换热器是应用最广泛的一种，该类换热器结构相对简单，造价不高， 壳选用多种结构材料，管内清洗方便，处理量大，在高温条件下也能应用。考 虑其诸上优点，以及生产任务均符合管式换热器的要求，选择管壳式换热器。 2.1.3 管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。它因结构简 单、

6、耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点而在换热设备中 占据主导地位。管壳式换热器根据其结构特点分为：固定管板式换热器，浮头 式换热器，U 形管式换热器。以下主要介绍固定管板式换热器。 固定管板式换热器，管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则 以焊接的方法与壳体连接，与其他形式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳2体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程。制造成本低，由于不存在弯 管部分，管内不易集聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。为减少温差应力，壳 在壳体上安装膨胀节，利用膨胀节在外力作用下中产生较大的变形能力来降低 管束与壳体中的温差应力。2.1.4 选型本次生产设计要求

7、中，两流体温度变化情况：热流体进口温度 130，出 口温度 40；冷流体（循环水）进口温度 30，出口温度 40。该换热器用 循环冷却水冷却，循环冷却水的压力为 0.4MPa,冬季操作时进口温度会降低， 考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，加之其冷、热 两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板 式换热器。2.2 材质的选择换热器的设计时，换热器的各种零件，部件的材料应根据设备的操作压力， 操作温度，流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺要求来选取。换热器的常用 材料有：碳钢和不锈钢。 碳钢，价格低强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐

8、蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是比较合理的，如一般换热器的普通无缝 钢管，其常用的材料为 10 号和 20 号。 不锈钢，以 1Cr18Ni9 为代表，它是标准的 18-8 奥体式不锈钢，有稳定的 奥体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。 据生产要求，冷热流体分别为水合煤油，均无腐蚀性化学性质比较稳定， 以及生产经济合理，选择碳钢作为换热器的材料。2.3 换热器其他结构的选择2.3.1 管程结构换热管的布置和排列间距：常用的换热管有 192mm，252mm，252.5mm。因选择的为碳钢 10，故可选择换换热管 径 252.5mm。热管板上的排列方式有正方形直列，正方形错列，三角形直列，

9、三角形错列和同心圆排列。正三角形排列结构紧凑，我国换热器系列中，固定 板式多采用正三角形排列。管间距与管外径的壁纸，焊接时为 1.25，胀接时 1.3 至 1.5。2.3.2 壳程结构壳体：直径小于 400mm 的壳体通常用钢管制成，壳体大于 400mm 的壳用 钢板卷焊而成。 折流板：常用的为圆形折流板，切缺率通常为 20% 至 50%。垂直圆缺用于3水平冷凝器，水平再沸器等，选用垂直圆缺。推荐折流板间隔最小值为内径的 1/5 或小于 50mm，最大值取决于支持管所必要的最大间隔。此设计中使用折流 板间隔为内径的 1/4。第三章 管壳式换热器设计3.1 确定计算方案3.1.1 选择换热器的类

10、型本次生产设计要求中，两流体温度变化情况：热流体进口温度 130，出 口温度 40；冷流体（循环水）进口温度 30，出口温度 40。该换热器用 循环冷却水冷却，循环冷却水的压力为 0.4MPa,冬季操作时进口温度会降低， 考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，加之其冷、热 两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板 式换热器。3.1.2 流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢以及油品的黏度较大，为便于水垢清洗、减少流 动阻力，应使循环冷却水走管程，油品走壳程。选用 252.5mm 的碳钢管，管内流速取。sm/.50ui3.2 确定物性数据定性温度

11、：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为13040T852 （）管程流体的定性温度为304035()2t根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在 85下的有关物性数据如下：密度：3 0825/Kg m定压比热容：0 02.22/()pcKJKgC导热系数：30 0140 10/()WmC粘度：6 0740 10 Pa s4循环冷却水在 35下的物性数据：密度：3994iKg m定压比热容：04.174/()picKJKgC导热系数：00.626/()iWmC粘度：6728.35 10iPa s3.3 计算总传热系数3.3.1 热流量6 0001225000 2.22

12、(130 40)4.995 10/1387.5pQm CTTKJ hKw3.3.2 平均传热温差01212(13040)(4030)36.4113040lnln4030mtttCt t 3.3.3 冷却水用量6 04.995 10119669.4(/ ).4.174 (4030)i piiQWKg hCt3.3.4 总传热系数 K管程传热系数0.02 0.5 99413647.30.00072835iii e id uR 由于管程中的流体为水，其在 35下的黏度小于 2 倍的常温水的黏度， 属于低粘度流体，其传热系数应用迪克斯-贝尔特关联式，即：0.80.40.023()()piiiii i iiicd u d33 0.80.42 00.6264.174 100.72835 100.023(13647.3)()0.020.626 2744.20