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1、xxxxx大学化 工 原 理 课 程 设 计题目 煤油冷却器的设计 教 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年6月 8 日 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 2 2.2 材质的选择 2 2.3 换热器其他结构设计 2 2.3.1 管程机构 2 2.3.2 壳程结构 2第三章 管壳式换热器的设计计算3 3.1 确定设计方案 3 3.1.1 选择换热器类型 3 3.3.2 流动空间及流苏确定 3 3.2 确定物性参数 3 3.3 计算总传
2、热系数 .4 3.3.1 热流量 4 3.3.2 平均传热温差 4 3.3.3 冷却水用量 4 3.3.4 总传热系数 43.4 计算传热面积 5 3.5 工艺结构尺寸 5 3.5.1 管径和管内流速 5 3.5.2 管程数和传热管数 5 3.5.3 平均传热温差校正及壳程 6 3.5.4 传热管排列和分程方法 6 3.5.5 壳体内径 6 3.5.6 折流板 73.5.7 接管 7 3.6 换热器核算 7 3.6.1 热量核算 7 3.6.2 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 文 文 献 14附录（1）油冷却器的设计任务书 15附录（2）符号说
3、明 16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
4、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
5、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、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
6、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，
7、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、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，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
9、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
10、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。3.2 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为 管程流体的定性温度为 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： 定压比热容： 导热系数： 粘度：循环冷却水在35下的物性数据： 密度： 定压比热容： 导热系数： 粘度：
11、3.3 计算总传热系数3.3.1 热流量 3.3.2 平均传热温差 3.3.3 冷却水用量 3.3.4 总传热系数K管程传热系数 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： 壳程传热系数假设壳程的传热系数：污垢热阻 管壁的导热系数 =219.189 3.4 计算传热面积 考虑15%的面积裕度（安全系数和初估性质）： 3.5 工艺结构尺寸3.5.1 管径和管内流速选用252.5mm传热管，取管内流速。3.5.2 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根按单程管计算，所需的传热管长度为 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热管管程数为
