课程设计说明书 zmj

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1、长 沙 学 院 课程设计说明书 题目处理能力 70000 吨原油预热器设 计 系(部) 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期 2015.12.212015.12.25 长沙学院课程设计 目 录 第 1 章 换热器概述 .1 第 2 章 列管式换热器的类型 .2 2.1 固定管板式换热器 .2 2.2 浮头式换热器 .2 2.3 U 形管式换热器3 2.4 填料函式换热器 .4 第 3 章 设计标准 .5 第 4 章 确定设计方案 6 4.1 换热器类型的确定 .6 4.2 管程与壳程流动流体的确定 .6 4.3 管程内流速的确定 .6 4.4 管道规格和排列方法的确定 .7 4.4.1

2、 管道规格的确定 .7 4.4.2 管道排列方法的确定 .7 4.4.3 管程和壳程数的确定 .7 4.4.4 折流挡板的确定 .8 第 5 章 设计计算 .9 5.1 物性数据的确定 .9 5.2 计算传热系数 .9 5.2.1 热流量的计算9 5.2.2 平均传热温差9 5.2.3 冷却水用量9 5.2.4 总传热系数 10 5.3 传热面积的计算 10 5.4 工艺尺寸的计算 11 5.4.1 管径和管内流速 11 5.4.2 管程数和和传热管数 11 5.5 传热管排列和分程方法 11 5.6 平均传热温差的计算 12 5.7 壳体内径 12 5.8 折流板数 12 5.9 接管 12

3、 长沙学院课程设计 I 第 6 章 换热器核算 13 6.1 热量核算 13 6.1.1 壳程对流传热系数 13 6.1.2 管程对流传热系数.14 6.1.3 传热系数 K .14 6.1.4 传热面积.14 6.2 换热器内流体的流动阻力 15 6.2.1 管程流动阻力.15 15 psti NNFppp)( 21 6.2.2 管程流动阻力.16 第 7 章 辅助设备的计算和选型 17 7.1 储罐的选择 17 7.2 油泵的选择 17 第 8 章 设计结果概要 18 结 语 20 致 谢 21 参考文献 22 长沙学院课程设计 0 第第 1 1 章章 换热器概述换热器概述 换热器是许多工

4、业生产部门的通用工艺设备，尤其是石油、化工生产中应用更为 广泛，在化工厂中换热器可用作加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型 很多，性能各异，从早期发展起来的列管式换热器到近年来不断出现的新型、高效换 热设备，各具特点。进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选择适当的类型，同时 计算完成给定生产任务所需要的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。 换热器的种类虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同，不同之处 仅是在结构设计上，需根据各自的设备特点采用不同的计算方法而已。 列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它结构简单，坚固， 制造容易，材料广泛，处理能力可以很大，适用

5、性强1，尤其在高温高压下较其他型式 换热器更为适用。当然，在换热效率、设备的紧凑性、单位面积的金属消耗量等方面， 还稍逊于各种板式换热器，但仍不失为目前化工厂中主要的换热设备。 长沙学院课程设计 1 第第 2 2 章章 列管式换热器的类型列管式换热器的类型 列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。因管束与 壳体的温度不同会引起热膨胀程度的差异，若两流体的温度相差较大时，就可能由于 热应力而引起管子弯曲或使管子从管板上拉脱，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根 据热补偿方法的不同，列管式换热器有以下几种类型。 2.1 固定管板式换热器 固定管板式换热器如图2.1所示。它由壳体、

6、管板、管束、封头、折流挡板、接管 等部件组成。管子两端与管板的连接方式可用焊接法或膨胀法固定，壳体则同管板焊 接，从而管束、管板与壳体成为一个不可拆卸的整体。 图 2.1 固定管板式换热器 优点：结构简单、紧凑，制造成本低；管内不易积垢，即使产生了污垢也便于清 洗。 缺点：壳程检修和清洗困难。 主要使用于壳体和管束温差小，管外物料比较清洁，不易结垢的场合。当冷、热 流体间温差超过50时，应加补偿圈以减少热应力。 2.2 浮头式换热器 浮头式换热器如图2.2所示。其两端管板之一不与外壳连接，可以沿管长方向浮动， 该端称为浮头。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可以在壳体 内沿轴向

7、自由伸缩，可完全消除热应力。 长沙学院课程设计 2 图 2.2 浮头式换热器 优点：当换热器与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生 温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间清洗和检修2。 缺点：结构复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管间若密封不严，易发生泄 漏，造成两种介质的混合。 适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用较为普遍。 2.3 U 形管式换热器 U形管式换热器如图2.3所示。该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。 图 2.3 U 形管式换热器 长沙学院课程设计 3

8、优点：结构简单、只有一块管板，质量轻，密封面少，运行可靠；管束可以抽出， 管间清洗方便。 缺点：管内清洗困难，制造困难，管板利用率低，报废率高。 适用于高温、高压、管内为情节的流体场合。 2.4 填料函式换热器 填料函式换热器的结构如图2.4所示。该换热器是管板只有一端与壳体固定连接， 另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差引起的温差 应力。 图 2.4 填料函式换热器 优点：结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管 束可以从壳体内抽出，管内、管间均能进行清洗，维修方便。 缺点：填料函耐压不高，壳程介质可能通过填料函外漏。 对易燃、易爆、有毒和

9、贵重的介质不适用。 长沙学院课程设计 4 第第 3 3 章章 设计标准设计标准 JB1145-73列管式固定管板热交换器 JB1146-73立式热虹吸式重沸器 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 钢制石油化工压力容器设计规定 JBT4715-1992固定管板式换热器型式与基本参数 HGT20701.8-2000容器、换热器专业设备简图设计规定 HG20519-92全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 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 中华人民共和国国家标准 JB4710-92 钢制塔式容器 中华人民共

10、和国国家标准 GB16749-1997 压力容器波形膨胀节 长沙学院课程设计 5 第第 4 4 章章 确定设计方案确定设计方案 4.1 换热器类型的确定 根据任务书给定的冷热流体的温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度为 40。冷流体进口温度30，出口温度40。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作 时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的壁管温和壳体壁温之差较大， 因此，初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。 4.2 管程与壳程流动流体的确定 根据以下原则： (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也

11、便于清洗和检 修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速 关系不大。 (5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程， 且可采用多管程以增大流速。 (7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时， 由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re100)下即可达到湍流，以提高对流传热 系数。 我们选择柴油走管程，原油走壳程。 4.3 管程内流速的确定 增加流体在换热器中的流速

12、，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积 的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积3。 但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡 算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速， 长沙学院课程设计 6 使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太 长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也 是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管 内流速。 smu/8 . 0 1 4.4 管道规格和排列方法的确定 4.

13、4.1 管道规格的确定 管子的规格和排列方法：选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前 面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列 管式换热器系列标准中仅有252.5mm及192mm两种规格的管子。在这里，选 择 252.5mm管子。管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于 清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或 6m。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为46(对直径小的换热器可大些)。在这 次设计中，管长选择9m。 4.4.2 管道排列方法的确定 管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直

14、列和正方形错列等，等边三角 形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对 流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清 洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列 时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适 当地提高。在这里选择组合排列法，每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形 排列。 管子在管板上排列的间距 (指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法 不同而异。通常，胀管法取t=(1.31.5)d，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即 t(d+6)。焊

15、接法取t=1.25d4。 4.4.3 管程和壳程数的确定 当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因 而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程 流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板 长沙学院课程设计 7 上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。列管式换热器的系列标准中管程数有 1、2、4和6程等四种。采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。根据计算，管 程为2程，壳程为单程。 4.4.4 折流挡板的确定 安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，以提高壳 程对流传热系数。

16、最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的 1040，一般取2025，过高或过低都不利于传热。两相邻挡板的距离(板间距)B 为外壳内径D的(0.21)倍。系列标准中采用的B值为:固定管板式的有150、300和 600mm三种，板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。板间距过大，流体就难 于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。这次设计选用圆缺形挡板。 4.4.5 主要构件的确定 （1）封头 封头有方形和圆形两种，方形用于直径小的壳体(一般小于400mm)，圆形 用于大直径 的壳体。 （2）缓冲挡板 为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进料管口装设缓冲 挡板。 （3）导流筒 壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间(死角)， 为了提 高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必然经过这个空间 （4）放气孔、排液孔 换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不凝性气体 和冷凝液等。 （5）接管尺寸 换热器中流体进、出口的接管直