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1、油气储运专业课程设计吉林化工学院 油气储运专业 课 程 设 计题目 处理量2.7105吨/年柴油-原油换热器设计 课程设计任务书1设计题目：处理量20万吨/年柴油-原油换热器设计2操作条件：（1）原油：入口温度70C；出口温度110C；（2）采用柴油加热，入口温度170，出口温度124C； （3）已知两侧污垢热阻为0.0002C/W,管程与壳程两侧降压小于或等于0.3at，热阻损失5%。（4）相关物性数据：原油在90，1.2MPa下的有关物性数据如下：物性密度i（kg/m3）定压比热容cpi kJ/(kg)粘度i（Pas）导热系数i（Wm-1-1）原油 8152.26.6510-3 0.128
2、 柴油在147的物性数据如下：物性密度o（kg/m3）定压比热容cpo kJ/(kg)粘度o（Pas）导热系数o（Wm-1-1）柴油718 2.460.6610-30.139（5）每年按330天计，每天24小时连续生产。3设计任务：（1）处理能力：2105t/a原油；（2）设备型式：自选（3）选择适宜的换热器并进行核算；（4）绘制带控制点的工艺流程图和设备结构图，并编写设计说明书。4设计要求：为使学生独立完成课程设计，每个学生的原始数据均在处理量上不同，即学号在116号中，每上浮0.1105t/a为一个学号的处理量（例如1号换热器处理量量为1.5105 t/a；2号换热器处理量为1.6105
3、t/a等依此类推）；5参考书：（1）化工设计手册上、下，上海医药设计院；（2）谭天恩.麦本熙，化工原理下册，化学工业出版社出版；（3）匡国柱.史启才，化工单元过程及设备课程设计；（4）化工设计全书编辑委员会，金国淼等编，吸收设备化学工业出版社；（5）陈敏恒等编化工原理下册，化学工业出版社出版；（6）其它参考书。 油气储运系 2011年12月摘要 课程设计是学生理论联系实际的一次很好的机会，本文是对热变换器进行一次选型设计。 本设计内容是处理量为27万吨/年原油加热器的设计，本设计采用浮头式换热器，采用柴油加热原油。 本设计完成了换热器的工艺计算，包括柴油和原油的基础物性数据，换热器面积估算，换
4、热器工艺结构尺寸的计算，并分别进行核算，绘制了带控制点的工艺流程图，换热器装配图。关键词：浮头式换热器；柴油；原油AbstractCurriculum design is a great opportunity for students to use the theory they learned into the practice, this is a type design for heat transformer. The content is designed handling capacity of 27 tons / year of crude oil heater design,
5、 the design uses a floating head heat exchanger, diesel heating crude. The heat exchanger design complete the process calculation, including both diesel and crude oil physical property based data, heat transfer area estimation, the size of the heat exchanger structure process calculation, and were a
6、ccounted for respectively, draw a flow chart with control points, heat exchanger assembly drawing.Key words:floating headheat exchanger; diesel fuel; crude目录课程设计任务书I摘要IIIABSTRACTIV第一章 绪论11.1换热器的技术概论11.2换热器设备的发展31.3 换热器在工业生产中的应用4第二章 设计方案72.1换热器类型的选择72.2流程的安排8第三章 换热器的工艺计算93.1 基础物性数据93.2 换热器面积的估计93.2.1
7、热负荷93.2.2平均传热温差103.2.3平均传热温差校正103.2.4传热面积103.2.5柴油的用量113.3换热器工艺结构尺寸的计算113.3.1管内和管外流速计算113.3.2管长管径计算133.3.3传热管排列和分程的选择133.3.4壳程数的确定133.3.5壳程内径计算133.3.6折流板的选择133.4换热器核算133.4.1传热能力的核算133.4.2壁温核算143.4.3换热器流体流动阻力计算153.5 换热器主要结构尺寸和计算算结果汇总163.6 主要符号说明17设计过程的评述和有关问题的讨论18参考文献19附录20结束语23致谢24第一章 绪论1.1换热器的技术概论
8、换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 换热器是许多工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、冷却器、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的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。换热器的类型虽然很多，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，需根据各自的设备二点采用不同的计算方法而已。列
9、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，适用性强，尤其在高温高压下较其他型式换热器更为适用。当然，在传热效率、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。列管式换热器的型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型式。（1）固定管板式换热器 固定管板式换热器如图所示。它由
10、壳体、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。 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。 主要适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。图1-1固定管板式换热器（2）浮头式换热器 浮头式换热器如图所示。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，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应
11、力。 优点：当换热管与壳体有温差存在，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。 缺点：结构复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮头管间若密封不严，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材料的换热，应用较为普遍。图1-2浮头式换热器（3）U形管式换热器 U形管式换热器如图所示。该换热器的每根管子都弯成U形，管子的两端固定在同一块管板上。封头内用隔板分成两室，管程至少为两程。管子可自由伸缩，与壳体无关。 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：但管内清洗困难，制造困难，管板
12、利用率低，报废率较高。 适用于高温、高压、管内为清洁的流体的场合。图1-3 U形管式换热器（4）填料函式换热器 填料函式换热器的结构如图所示。该换热器是管板只有一段与壳体固定连接，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而引起的温差应力。 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、有毒和贵重的介质不适用。图1-4 填料式换热器1.2换热器设备的发展 20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型
13、、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的加大，降低成本已成为企业追求的最终目标。因而节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高给换热器及空冷式换热器及高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府、民间研究机构和企业都加大了投入资金力度。 1物性模拟研究 换热器传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别的体现。实验室
14、模拟实际工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组分组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更精确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。 2分析设计的研究 分析设计是近代发展的一门新兴学科，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强队计算带来更准确、更便捷的手段。在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能方便、快捷、准确地得到，使换热器更加安全可靠。这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃。将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。 3大型化及能耗研究 换热器将随装置的大型化而大型化，直径将超过5m,传热面积将达到单位10000m2，紧凑型换热器将越来越受欢迎。板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷凝将得到发展，振动
