列管式换热器课程设计说明书

1 列管式换热器课程设计说明书 一、 设计题目：设计一煤油冷却器 二、 设计条件： 1、处理能力 160000 吨 /年 2、设备型式 列管式换热器 3、操作条件 允许压力降： 热损失：按传热量的 10%计算 每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行 三、 设计内容 4、前言 5、确定设计方案（设备选型、冷却剂选择、换热器材质及载体流入空间的选择） 6、确定物 性参数 7、工艺设计 8、换热器计算 （ 1）核算总传热系数（传热面积） （ 2）换热器内流体的流动阻力校核（计算压降） 9、 机械结构的选用 （ 1）管板选用、管子在管板上的固定、管板与壳体连接结构 （ 2）封头类型选用 （ 3）温差补偿装置的选用 （ 4）管法兰选用 （ 5）管、壳程接管 10、换热器主要结构尺寸和计算结果表 11、结束语（包括对设计的自我评书及有关问题的分析讨论） 12、换热器的结构和尺寸（ 4#图纸） 13、参考资 料目录 流体 名称 入口温度 / 出口温度 / 物料 煤油 140 80 加热冷却介质 自来水 30 50 2 水（ 30） 煤油（ 140） 浮头式换热器 水（ 50） 可循环利用 产品： 煤油（ 80） 3 某生产过程中，用自来水将煤油从 140冷却至 80。已知换热器的处理能力为160000 吨 /年，冷却介质自来水的入口温度为 30，出口温度为 50，损失按传热量的 10%计算，每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 定设计方案 （ 1） 选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热 流体进口温度 1T 140，出口温度 2T 80， 冷流体进口温度 1t 30，出口温度 2t 50。 进口温度差 1T - 1t =110 100，因此初步确定选用浮头式换热器。 （ 2） 管程安排 由于自来水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器热流量下降，而且管程较壳程易于清洗，再加上热流体走壳程可以使热流体更易于散热，减小能耗，所以从总体考虑，应使自来水走管程，混合气体走壳程。 定物性参数 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 1102 80140 T 管程流体的定性温度为 402 5030 t 查资料得，煤油在 110下的有关物性数据如下： 3h )ph o )o 4 水在 40下的有关物性数据如下： 3c )pc o )o 算传热面积 1、 计算传热量 热流体的质量流量： 000160000W h 热流体损失的热量： 6 6 6 6 4)80140( 2 0 2)1 2、 冷却水用量 由于热流体在传热过程中会损失 10%的热量，因此冷流体的质量流量为： 7 4 9)3050( 6 6 6 6 6 6 6 6 4)Q%10 3、 平均传热温差 )C(080()50140(1 8 1 0 3050tT 33050 80140 根据 P、 R 值查有关资料可得 ，因此选用单壳程的 列管式换热器。 mm o 4、 假设 5 )5 0 0K o 传热面积： 7 4 0 7 4 束计算 1、 管子的确定 管径 2、 管数计算 假设流速 s/ 管数 （根）（根） 4 9 3、 管长计算 )m( 所以选择 6m 长的管，双管程， m=2 4、 排管 按照正三角形排列，每行管数分别为 5、 6、 7、 8、 9、 9、 8、 7、 6、 5，因此总管数 N=70，其中有四根是拉杆，则管数 N=66 管心距 o 5、 壳体直径 取管板利用率 ) 取标准 D=400、 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆缺高度为 ) 0 04 0 取折流板间 距 ) 6 则 ) 0 04 0 2912006 0 0 01N B 折流板间距 传热管长折流管数目 热器核算 1、 K 值的核算 热流体流量 0202h 冷流体流量 （ 1）管程对流传热系数 管内水的实际流速：管内液体雷诺数 43i 普朗特数 0656 3 管程对流传热系数 376 33 （ 2） 壳程对流传热系数 壳体的当量直径 (4)42 3(4 2222壳体流通截面积 )(017 2251( 2壳内流体流速 )/( 雷诺数 897 o 普朗特数 壳程对流传热系数 d 7 （ 3）总传热系数 查资料得 )/m(4i )/(4o 则实际的 K 值为 111144估算的 K 值与实际 K 值之差小于 50，因此， K 值核算合格 2、 传热面积核算 )(40 2)(2i 面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务 3、 换热器内压降的核算 （ 1） 管程阻力 ( 21 s i，传热管相对粗糙度 参考文献中i 281 82 21 i 7402 22 M i 402818( 管程流体阻力在允许范围之内。 （ 2） 壳程阻力 ( 21 8 其中 1sN，2)1(201 ， nn 2 29(21 流体流过折流板缺口的阻力 2)22 其中则 2 (29 22 总阻力 49 壳程流体阻力在允许范围之内。 体设计 壳体厚度计算 : 212 其中 001 ， 12，（双面焊缝），2故 d所以选取壁厚为 3壳体 9 备零部件设计 （ 1） 封头的选取 根据壳体公称直径查参考文献 5 中的附录 取公称直径为 450标准椭圆形封头。 （ 2）法兰的选取 根据管的公称直径参照标准选取相对应的标准法兰 （ 3） 管板的选取 （ 4） 接管的选取 壳程流体进出口接管：取接管内煤油的流速 u=2m/s,则接管内径为 )m(02024 圆整后选取外径为 70厚为 3标准无缝钢管 管程流体进出口接管：取接管内水的流 速 u=2m/s，则接管内径为为 )(0 2 3 600/7494u4 h2 圆整后选取外径为 76厚为 3标准无缝钢管 管板厚度，内径00接管长度均为 200 换热器主要结构及结构尺寸见附表 1 附表 1 换热器主要结构尺寸和计算结 果 参数 管程 壳程 流率 /(kg/h) 0202 进（出）口温度 / 30（ 50） 140（ 80） 压力 /性 定性温度 / 40 110 密度 /(kg/25 定压比热容)度 /s 10 热导率 /)W 朗特数 备结构参数 型式 浮头式 壳程数 1 壳体内径 /00 台数 1 管径 /25管心距 /2 管长 /000 管子排列 正三角形 管数目 /根 70 折流板数 /个 29 传热面积 /流板间距 /00 管程数 2 材质 碳钢 主要计算结果 管程 壳程 流速 /(m/s) 面传热系数 /)W 2 3766 垢热阻 /)W/C(m 2 ) 阻力 /流量 /W 740740 传热温差 /C110C传热系数 /)W/C(m 2 469 裕度 /% 11 (1) 本设计通过对面积校核，压降校核，壁温校核 等计算可知均满足要求，且传热效率较好，能很好的完成任务。 (2) 经济和环境效益评价：生命周期方法是一种针对产品或生产工艺对环境影响进行评价的过程 ,它通过对能量和物质消耗以及由此造成的废弃物排放进行辨识和量化 ,来评估能量和物质利用对环境的影响 ,以寻求对产品或工艺改善的途径。这种评价贯穿于产品生产、工艺活动的整个生命周期 ,包括原材料的开采和加工、产品制造、运输、销售、产品使用与再利用、维护、再循环及最终处置。本设计中使用水作冷却剂，无污染，耗资少，无有害气体产生，整个过程简单，易操作，环境和经济效益良好。 (3) 本 设计中面积，传热系数，压降等均有比较好的裕度保证，即使生产使用中出现比较大的误差，设备结构也能保证不出现打的安全损伤的事故，具有良好可靠的安全保证。 12 通过两周艰辛设计学习，我在理解换热器工艺基础上掌握了换热器装备中常用的技术设计要求，掌握了换热器冷热交换及设计工艺。 本次设计课程能够熟练掌握换热器设计技术与自己辛勤汗水和指导老师的教导是分不开的。通过老师的讲解，我不仅学会了最初的设计计算，而且成功得绘制出设备图，虽然在计算以及画图过程中遇到一些小 问题，但是在老师和同学的帮助下，设计任务书最终得以顺利完成。 在设计过程中让我感受最深的就是设计计算， 在本课程设计中 ,一定要注意计算准确 ,往往是开始某个结果算错了 ,导致后面所有公式都要重新计算。虽然换热器的设计相对与精馏塔的设计简单 ,但是也要清楚的明白每一步的含义。 通过此次课程设计 ,我不仅学会了许多关于换热器的知识 ,而且明白了许多做人的道理 ,无论做什么事情 ,一定要弄懂它的本质 ,要细心和耐心