逆流传热煤油冷却器计划书

1 逆流传热煤油冷却器计划书 一 、 设计题目 ： 根据条件设计合适的换热器（煤油冷却器的设计） 设计任务及操作条件 ： 1. 煤油：入口温度 150，出口温度 50；运行表压 1 2. 冷却介质：凉水塔中处理过的补给水，入口温度 30，出口温度 50；运行表压 3 二、 流程和方案的说明和论证 为逆流平均推动力大于并流；选用单壳程四管程固定式列管换热器； 于煤油流量为 14T/h，且由于水的定性温度 t 1/2(50+30)=40，煤油定性温 T=1/2(150+50) 100，煤油的定性温度查得相应的物性值： 煤油的粘度： 油 密度 ： 油 818kg/ C 油 ） 油 = m. ） 水的粘度： 水 密度： 水 = C 水 ） 水 = m. ） 高温流体一般走管程，因为高温会降低材料的许用应力，高温流体走管程可节省保温 层和减少壳体厚度；腐蚀性较强的流体应该走管程，可以节省耐腐蚀材料；较脏和易结垢的流体走管程，以便于清洗和控制结垢，如必须走管程，则可采用正方形排列，并采用可拆式换热器。 且煤油为热物体，易放在管壳。流体空间的选择还与粘度、压力降、流速、传热膜系数等因素有关 。 2 根据上述原则及水和煤油的物性参数，最终设计煤油走管壳，水走管程。 结构与结构参数的选择 a) 直径小 的换热器不仅便宜，而且可以获得较好的传热膜系数与阻力系数的比值。但管径愈小则换热器的压降愈大，在满足允许压力的前提下，一般推荐用外径为 19于易结垢的流体，为方便清洗，采用外径为 25管子 b) 管长 无相变的换热器时，管子较长则传热系数也增大，在相同的传热面积的情况下，采用长管流动截面积小，流速大，管程数小，从而减小了回弯次数，因而压降也较小；但是罐子过长会带来制造的麻烦，因此一般选用 4 6 米，对于传热面积大的，若无相变的可用 8 9 米。 c) 管子的排列和管心距 三角形的有利于壳程流体达到湍流。正方形有利 于壳程的清洗。因此产生了转过一定角度的正方形排列和留有清洗通道的三角形排列。 三、计算过程 1）温差校正系数 12121 5 0 5 0 55 0 3 0 21115 0 3 0 0 . 1 6 6 71 5 0 3 0t 继续计算得 1 0 3P R P 差温差修正系数图得 =)热负荷 Q=14000 100=106KJ/h 取 = Q 有效 = Q =106=106KJ/h 平均推动力 （ -（ / （ = 3 取 K=250W/（ m. ） 换热面积 A= Q 有效 /（ =106 250 管壳式热交换器系列标准（ 4715初步选取管长 L= 管子选用 =25 无缝钢管，壳直径 管子数 n=A/( 取管子数 04，管子在壳内呈正三角形排列。 3) 管程核算 （ 1）压降核算 Q 有效 = Q=20=106KJ/h 求得 W=s 管内水流速 u= 2 n =51 s Re= =6940 无缝钢管取 表得在该 的摩擦系数 =于管正三角形排列， 程压降 P=（ l/d+3） =（ ） 4 2= 查表得，操作压力大于 ， P 允许 =34荷压降要求。 （ 2）给热系数核算 0000管程给热系数 d ( / )4 =K) ，计算的管程给热系数符合要求。 4)壳程核算 （ 1）压降核算 折流板间距 00板数 1 6 流通面积 (流速 3600 =14000 818 3600 m/s =818 998 于液体，校正系数 程压降 P=） + ） =16 22+21 ( 818 2= 得 操作 压 力 P 在 ， 允许 的 压 降 P=0程压降复合要求。 （ 2）给热系数核算 对于管道正三角形排列，管中心距 L 取 流通面积 A=1） = =速 u= 3600 A)=14000 818 3600 s 5 对于管道正三角形排列， 当量直径 （ 3 /2 4 （ 3 /2 4 e=u / =818 36962000 5( / W) 1/3 78 /78 =527W/(K) ，故符合要求。 5)总传热系数 K 核算 查表， R 水 =10K R 油 =10K 管 传热率 =45W/（ m） K =1/(1/R 水 + R 油 + / +1/=1000（ = K） A/A 计 =K /K=250=合要求。 4）细部结构的设计 考虑到造作压力很小，选用 8 板，以节省钢材， 6 降低设备重量和设备制造费用。 根据确定的筒体直径 600用椭圆标准封头，查得公称直径 600边高度 25封头，壁厚与筒体相同。 采用 4701力容器法兰 )标准，选用 称直径 =600甲型平焊标准法兰。 尺寸 根据壳体直径和操作压力，查 准，取00b=40 组合 之前已经确定换热器为一壳程四管程，因此选用 b， 细图样见图纸。 考虑低黏度液体比较经济的传输速度，在此取 u=1m/s 来设计 管程接管 接管横截面积 A=W/ u=1=算得接管内径 d= 查取无缝钢管标准，取公称直径108厚 壳程接管 接管横截面积 A =G/ u=14000 3600 8181= 计算得接管内径 d= 接管长度 l lh+ +15即可，在此选用 240 查取无缝钢管标准，取公称直径 80厚 无缝钢管。 根据所选的法兰，选用配套 的标准螺母和双头螺柱。 形状：选用弓形的折流板。 7 厚度：由于板间取的 200压 =体强度符合要求 封头有效壁厚同样为 5头能承受的压力 P= 2【】 /（ K） 8 形状系数 K=1/6【 2+（ 2】 =1/6【 2+（ 600 2 150） 2】 =1 所以 P=2 113 1） =P 水压 =以封头强度也符合要求。 钢管能承受的压力 钢管负偏差为 10%，有效壁厚为 10%=2【】 /D =2 113（ 20+ =P 水压 =热管强度符合要求。 四 、 流程图 1. 工艺流程图 9 10 等于或大于两壳程 对数平均温差的修正 R=( P=(值 壳 程 选择单壳程四管程，逆流方式 计算定性温度并查找相应的参数值 估计 K 值 Q=C*q（ *计算出 取 换热器基本参数表 选适当的管长和壳径 根据传热面积计算管数 计算压降 计算管内给热系数 计算壳乘压降和给热系数 定挡板间距 小 计算传热系数 a 查得垢层热阻 用 算 2=否 查合经验与参数 n=l*D) 否 是 否 是 是 否 合适择设计正确成功 否 校核， 降、壁厚等 是 11 五、设计感想 经过此次对煤油冷却器的设计，我才开始对化工设计有了初步的了解。首先，需要查询相关的书 籍，要对设计的对象有一定的了解，而课本中学到的知识是远远不够的。要清楚都有哪些部分组成，以及每一部分的作用和相互之间的联系。并且要思路清晰，明白冷却器是如何工作的。 本次设计主要遇到的问题有两个方面：第一，在设计的计算过程中，由于许多数据不能查出，只能先假设，算出结果后再验证校核。由于缺少这一方面的经验，假设出不合理的数据也是在所难免的，再经过一次一次不断的修改，使结果符合要求。第二，对于用 图还是有一定难度。由于自身因素，没有掌握这一门技巧，使我在此次设计中显得束手无策，无从下手。通过自己几 天的摸索以及别人不断地指导，我才掌握了少部分技巧。 此次由于赵老师的悉心指导以及搭档的互相帮助，我才能够完成这个设计，不仅锻炼了我的自主设计能力，而且明白了团队合作的力量是巨大的，是任何困难都难以摧毁的。 12 六、参考文献 1. 换热器设计手册 钱颂文主编，化学工业出版社 2002