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1、 培黎石油工程学院课程设计培黎石油工程学院课程设计 课程名称 储运工程设计 题 目 4.3104 t/a 列管式热换器设计 系 部 培黎石油工程学院 专 业 油气储运工程 班 级 143 班 学生姓名 马金 学 号 20141802050316 指导教师 张艳丽 2017 年 6 月 19 日培黎石油工程学院课程设计任务书培黎石油工程学院课程设计任务书 题目名称题目名称 4.3104 t/a 列管式热换器设计 系系 部部 培黎石油工程学院 专业班级专业班级 油气储运工程 143 班 学生姓名学生姓名 马金 一、课程设计的内容一、课程设计的内容 列管式换热器的发展、换热器类型及冷却剂的选择、换热
2、器面积的估算、换热器工艺结构尺寸的计算、换热器核算等各部分内容，并绘制设备结构图。 二、课程设计的要求与数据二、课程设计的要求与数据 换热器处理量为 4.3104 t/a 操作条件： （1）煤油：入口温度 140；出口温度 40； （2）冷却介质：采用循环水，入口温度 30，出口温度 40； （3）允许压降：不大于 105Pa； （4）煤油定性温度下的物性数据： （5）每年按 330 天计，每天 24 小时连续生产。 三、课程设计应完成的工作三、课程设计应完成的工作 （1）设备型式：列管式换热器； （2）选择适宜的列管换热器并进行核算； （3）绘制设备结构图（A3） ，并编写设计说明书。 c)
3、w/(m.14.0c)/(kg.k22.2cS.a1015.7kg/m8250 c0 pc4- c3 cJP四、课程设计进程安排四、课程设计进程安排 序 号 设计各阶段内容 地点 起止日期 1 查阅资料 图书馆 2017.6.5-2017.6.7 2 设计计算 教室 2017.6.8-2017.6.15 3 绘制相关图纸 教室 2017.6.16-2017.6.18 4 撰写课程设计说明书 教室 2017.6.19-2017.6.22 5 答辩 教室 2017.6.23 五、应收集的资料及主要参考文献五、应收集的资料及主要参考文献 （1） 传热学高等教育出版社； （2） 化工工艺设计手册上、下
4、，化学工业出版社； （3） 换热器工艺设计中国石化出版社； （4） 换热器原理与设计北京航空航天大学出版社； （5） 换热器中国石化出版社； （6） 列管式换热器强化传热技术化学工业出版社； （7） 石油化工设备设计手册(上、下)中国石化出版社； 指导教师： 年 月 日 系部主任： 年 月 日 教学院长： 年 月 日 摘 要 这篇论文主要介绍的是换热器机械计算等相关的设计过程。本文引用这三年学过的书本知识及相关的技术标准，对换热器的结构、强度进行了系统的阐述。换热器是目前许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。我设计的换热器内部以换热管和折流板做为基本构件，冷却水、煤油分别在管程与壳程之间流动，以
5、达到降温的效果。换热器由筒体、管箱、封头、支座、换热管、折流板、管板及接管、法兰等组成。 通过强度计算合理选择材料， 确保安全运行， 提高设备的生产效率，降低设备的制造成本，实现化工单元操作的最佳化。 关键字：关键字：煤油；列管式换热器；传递热量 ABSTRACT This paper mainly introduces the design process of heat exchanger, mechanical calculation and so on. In this paper, the structure and strength of heat exchangers are s
6、ystematically expounded with reference to the book knowledge and related technical standards in the past three years. Heat exchangers are widely used in many industrial sectors. The heat exchanger tube and baffle plate are the basic components of the heat exchanger designed by me. The cooling water
7、and kerosene flow between the Guan Cheng and the shell respectively, so as to achieve the effect of cooling down. The heat exchanger is composed of a cylinder, a pipe box, a head, a support, a heat exchange pipe, a baffle plate, a pipe plate, a connecting pipe, a flange, etc Through strength calcula
8、tion, reasonable selection of materials, ensure safe operation, improve equipment production efficiency, reduce equipment manufacturing costs, and optimize the operation of chemical units. Key words: kerosene； tubular heat ； exchanger heatI 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 换热器技术概况 1 1.2 换热器技术发展 1 1.3 换热器种类 2 1.4
9、换热器在工业生产中的应用 3 第 2 章 设计方案 10 2.1 换热器类型的选择 10 2.2 换热器材质的选择 10 2.3 冷却剂的选择 . 11 2.4 流程的安排 . 11 2.5 流体流速的选择 . 11 第 3 章 换热器的工艺计算 12 3.1 基础物性数据 12 3.2 换热面积的估算 12 3.2.1 热负荷 12 3.2.2 平均传热温差 12 3.2.3 传热面积 12 3.2.4 冷却水用量的计算 13 3.3 换热器工艺结构尺寸的计算 13 3.3.1 管内和管外流速计算 13 3.3.2 管程数和传热管数的计算 13 3.3.3 平均传热温差校正及壳程数的校正 1
10、4 3.3.4 传热管排列和分程的选择 15 3.3.5 壳程内径计算 16 3.3.6 折流板的选择 16 3.3.7 其他附件的选择 16 3.4 换热器的核算 18 3.4.1 传热能力的核算 18 3.4.1.1 壳程传热膜系数 18 3.4.1.2 管内传热膜系数 . 19 3.4.1.3 污垢热阻和管壁热阻 19 3.4.1.4 总传热系数 . 20 3.4.2 壁温核算 20 3.4.3 换热器流体流动阻力计算 21 II 3.4.3.1 管程流体阻力计算 . 21 3.4.3.2 壳程流体阻力计算 . 21 3.5 换热器主要结构尺寸结果汇总 23 3.6 主要符号说明 . 2
11、5 结论 26 参考文献 27 致谢 28 附录 29 1 第 1 章 绪论 1.1 换热器技术概况 换热器指的是把高温物料的一部分热量通过换热器件传递给低温物料的一种热传递专业生产设备。 在生产的许多行业中广泛使用各类换热器，是众多行业的通用型设备，对实践生产非常重要。无论在哪种类型的设备中，必需要有两种或者以上的温度不同的物料，其中一种传出热量的高温物料，降低自身的温度；另一种流体则温度相对较低，需要吸收热量，升高温度。随着我国和谐发展、绿色发展理念的提出，社会生产中对能源利用的要求变得越来越高，因此社会生产中需要更高效能的专业换热设备。目前，对于换热器的结构设计、性能改进以及工作机理等方
12、面的研究成为热门领域。同时，一些新颖的、效能高的换热器也相继投入生产。 1.2 换热器技术发展 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着技能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热设备，结构和形式亦不同，换热器种类随新型、高效换热器的开发不断更新。 近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。 二十世纪 20 年代出现板式换热器， 并应用于食品工业。 以板代管制成的换热器，结构紧凑，
13、传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30 年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器， 用于飞机发动机的散热。 30 年代末， 瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自 60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进
14、一步的发展。70 年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 2 1.3 换热器种类 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。 1折流挡板2管束3壳体4封头5接管6管板 图1.1 固定管板式换热器 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
15、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结垢的物料 图1.2 U形管式换热器 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。 1壳盖 2浮头盖 3浮头管板 4壳体 5传热管 6支持板 7折流板 图1.3 浮头式换热器 3 1.4 换热器在工业生产中的应用 换热器在工农业各领域应用十分普遍，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一，因此设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力寻找新的能源及在节能上研究新途径。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时
