列管式换热器设计任务书

化工原理课程设计任务书 列管式换热器 1 列管式换热器设计任务书 一、设计目的 培养学生综合运用本门课程及有关选修课程基础理论和基本知识去完成 换热 单元操作设备设计任务的实践能力 二、设计目标 设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的 三、设计题目 列管式换热器设计 四、设计任务及操作条件 1. 设计任务 设备型式： 列管式 处理任务：如下表所示： 处理量（万吨 /年） 物料 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 3 4 4 0 4 2 4 4 4 6 4 8 原油 煤油 柴油 2. 操作条件 （ 1） 热流体 ：入口温度 140 ; 出口温度 40 （ 2）冷却介质： 岷江水 （ 3）允许压降：不大于 4） 物性数据 原油 定性温度下的物性数据 /导热系数定压比热容粘度密度五、设计内容 1. 设计方案的选择 2. 设计计算 （ 1） 计算总传热系数 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 2 （ 2） 计算传热面积 3. 主要设备工艺尺寸设计 （ 1）管径尺寸和管内流速的确定 （ 2）传热面积、管程数、管数和壳程数的确定 4. 换热器核算 5. 设计结果汇总 6. 绘制换热器简图 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 3 目 录 第一章 概 述 . 1 热器的简单介绍 . 1 设计的目的和意义 . 1 第二章 设计计算 . 3 定设计方案 . 3 定物性数据 . 错误 !未定义书签。 算总传热系数 . 4 算传热面积 . 错误 !未定义书签。 艺结构尺寸 8 热器核算 8 设计图纸（附图纸） . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 14 评语及成绩 . 15 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 1 第一章 概 述 热器的简单介绍 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于 物料 的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器 是 非常重要的。 按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合 ， 所以，间壁式换热器的应用最广泛 。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量 ； 另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位 。 定管板式换热器 这类换热器操作简单、便宜。最大的缺点是管外侧清洗困难，因而多用于壳侧流体清洁，不易结垢或污垢容易化学处理的场合。当壳壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器，因此，一般管壁与壳壁温度相差 50以上时，换热器应有温差补偿装置，图为具有温差补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器。 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 2 设计的目的和意义 通过本次课程设计，培养学生多方位、综合地分析考察工程问题并独立解决工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面： （ 1）资料、文献、数据的查阅、收集、整理和分析能力。要科学、合理、有创新地完成一项工程设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。 （ 2）工程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。本 设计包括热工计算和冷却器设备的结构计算。 （ 3）工程设计表达能力。工程设计完成后，往往要交付他人实施或与他人交流，因此，在工程设计和完成过程中，都必须将设计理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的内容，才可能被他人理解、接受，顺利付诸实施。 通过本设计不仅可以进一步巩固学生所学的相关啊知识，提高学生学以致用的综合能力，尤其对传热学、流体力学等课程更加熟悉，同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严禁、作风踏实的品格。 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 3 第二章 设计计算 定设计方案 两流体温度变化情况：热流体进口温度 140，出口温度 40；冷流体进口温度 20，出口 35。该换热器用岷江水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁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。 由于冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，原油走壳程。选用 25 碳钢管，管内流速取 iu m s。 （ 1） 热流体 ：入口温度 140; 出口温度 40 （ 2）冷却介质： 岷江水 （ 3）允许压降：不大于 4） 年处理量： 吨 （ 5） 定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程原油的定性温度为 1 4 0 4 0 9 0 ( )2 管程流体的定性温度为 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 4 2 0 3 5 2 7 . 5 ( )2 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 原油在 90下的有关物性数据如下： 33218 1 5 /3 . 0 1 02 . 2 /0 . 1 2 8 /0 . 0 0 0 4 4 4 m g mP a sc k J k g CW m 密 度粘 度定 压 比 热 容导 热 系 数污 垢 热 阻水在 27,5下的有关物性数据如下： 34 6 . 5 k g /8 . 6 2 3 1 04 . 1 7 7 / ( )0 . 6 1 2 / ( )0 . 0 0 0 3 4 4 a sC k J k g CW m 密 度粘 度定 压 比 热 容导 热 系 数污 垢 热 算总传热系数 1 5/ 6 6/ 6 6243 6 5 4 6 3 0/ 6 6 6 6401 4 6 61200 12121 4 0 3 5 4 0 2 05 1 . 2 61 4 0 3 5 2 0 9 1 6 6 6 6 . 7 1 4 6 3 0 . 4 ( / )4 . 1 7 7 ( 3 5 2 0 )i p i k g 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 5 管程传热系数 0 . 4 0 . 40 . 8 0 . 8 20 . 0 2 0 . 5 9 9 6 . 5R e 1 1 5 5 6 . 30 . 0 0 0 8 6 2 30 . 6 1 2 4 . 1 7 7 0 . 0 0 0 8 6 2 30 . 0 2 3 R e 0 . 0 2 3 1 1 5 5 6 . 3 2 5 4 4 . 6 / ( )0 . 0 2 0 . 6 1 2i i i m 壳程传热系数 假设壳程的传热系数 20 /300污垢热阻 20 0 . 0 0 0 4 4 4 / 0 0 0 3 4 4 / 5 / ( ) 0 0 00011s i si i i iK d d b d d 2/ 0 44 0 34 算传热面积 2 4 6 3 0 考虑 15%的面积裕度， 5.1 艺结构尺寸 选用 25 热管（碳钢），取管内流速 iu m s依据传热管内径和流速确定单程传热管数 221 4 6 3 0 . 4 / 9 9 6 . 5 3 6 0 0 320 . 0 2 0 . 544 根按单程管计算，所需的传热管长度为 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 6 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 l=6m，则该换热器管程数为 管程26 热面积 m ，总管数 64根， 2管程，管长 6m， (查化工设备设计手册表 95管板式壳体直径 400热面积 m ，公称压力 管数 94， 2管程，每管程的管子数为 47根。 平均传热温差校正系数 管程结构，温 差校正系数查表得， 平均传热温差 采用正三角形排列。管孔加工两端必须倒角 45 。则 1 . 2 5 2 5 3 1 . 2 5 3 2 ( )t m m 横过管束中心线的管数 采用多管程结构，取管板利用率 =壳体内径为 1 2 0 . 0 3 2 1 0 1 2 1 . 5 0 . 0 2 5 0 . 3 6 3cD t n e m 圆整可取 D=400 厚度 2 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 7 113t M 1 . 6 4 0 0 3 . 22 1 1 3 0 . 9 1 . 62 12 8n C C m m 水压试验 1 . 2 5 2 M P a 235s M 1 1 8 . 62T i nT C M P 0 . 9 0 . 9 0 . 9 2 3 5 1 9 0 . 3 5s M P a 所以壳体的壁厚为 8化工单元设备设计表 1 8） 选用甲型平焊法兰， 4701化工设备机械基础表 12 选用椭圆形封头， 4337化工设备机械基础附表 5，封头为 边高度为 25料选用 箱支座和管箱垫片 管箱的分程隔板厚度为 12座采用固定型和滑动型鞍式支座各一个，按支座的 度为 200尺寸选取。位置尺寸为两支座间距离为换热管束长度的 与两端相等。 耐油橡胶石棉板（ 51录 H）。垫片厚度，本设计确定为 3板槽部分垫片厚度取 5角尺寸取 R=8 换热管材料选择碳钢，规格 25径公差 上偏差 +12%，下偏差 化工设备设计手册表 9 管板与法兰连接密封面为凸面，分程隔板槽 拐角处倒角 10 45 ，隔板槽宽度为 12板与换热器连接处采用胀接 ,管板与壳体之间采用焊接，壳体与封头之间采用法兰连接。 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则却去的圆整高度为 h=400=100（ 故取 h=100 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 8 取折流板间距 B= B=400=120（ 可取 50 折流板数 60001 1 3 9 ( )150 传 热 管 长 块折 流 板 间 距由于本设计中两相全为液相故选择挡板为上下缺边形，无支撑长度 300折流板厚度确定为 5 拉杆直径 12量 4个。 壳程流体进出口接管：取接管内原油流速为 u=s，则接管内径为 4 4 4 1 6 6 . 7 / ( 8 1 5 3 6 0 0 ) 0 . 0 4 ( )3 . 1 4 1 . 0 取标准管径为 40 管程流体进出口接管：取接管内水流速 u=s，则接管内径为 4 1 4 6 3 0 . 4 / ( 9 9 6 . 5 3 6 0 0 ) 0 . 0 5 8 ( )3 . 1 4 1 . 5取标准管径为 50 热器核算 （ 1） 壳程当量直径，由正三角形排列得 2 2 2 300334 4 0 . 0 3 2 0 . 0 2 52 4 2 4 0 . 0 2 ( )0 . 0 2 5 壳程流通截面积 200 0 . 0 2 51 0 . 1 5 0 . 4 1 0 . 0 1 3 1 2 5 ( )0 . 0 3 2 D 壳程流体流速及其雷诺系数和普兰特准数分别为 0 04 1 6 6 . 7 / ( 8 1 5 3 6 0 0 ) 0 . 1 0 8 ( / )u m 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 9 30 . 0 2 0 . 1 0 8 8 1 5R e 5 8 6 . 80 . 0 0 32 . 2 1 0 0 . 0 0 3P r 5 1 . 60 . 1 2 8由于 000,壳程有折流挡板，由于流体被冷却 0 ( ) 0 w ，查表， 0 . 1 40 . 3 30016 0 . 3 3 20 . 1 2 81 6 5 1 . 6 0 . 9 5 3 6 2 . 3 / ( )0 . 0 2 （ 2） 管程对流传热系数 0 . 8 0 . 40 . 0 2 3 R e P 管程流通截面积 22640 . 7 8 5 0 . 0 2 0 . 0 1 0 0 4 8 ( )2 管程流体流速 1 4 6 3 0 . 4 / ( 3 6 0 0 9 9 6 . 5 ) 0 . 4 1 ( / )0 . 0 1 0 0 4 80 . 0 2 0 . 4 1 9 9 6 . 5R e 9 4 7 6 . 20 . 0 0 0 8 6 2 3iu m s普兰特准数 30 . 8 0 . 4 24 . 1 7 7 1 0 0 . 0 0 0 8 6 2 3P r 5 . 8 90 . 6 1 20 . 6 1 20 . 0 2 3 9 4 7 6 . 2 5 . 8 9 2 1 7 1 . 7 ( / ( ) )0 . 0 2 （ 3） 传热系数 K 0 0 00011s i si i i iK d d b d d 21=0 . 0 2 5 0 . 0 2 5 0 . 0 0 2 5 0 . 0 2 5 1+ 0 . 0 0 0 3 4 4 + + 0 . 0 0 0 4 4 4 +2 1 7 1 . 7 0 . 0 2 0 . 0 2 4 5 0 . 0 2 3 3 6 2 . 32 3 3 . 8 ( / ( ) ) 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 10 （ 4） 传热面积 S 2254630 2 2 . 1 ( )2 3 3 . 8 4 9 . 2 与前面初选值基本相符，还有 222 7 . 3( 1 ) 0 . 2 42 2 . 1 的富裕量 。 （ 1） 管程流动阻力 1 2 122121 , 2 , 1 . 4=322i S PS p ti i i P F N ，由 热管相对粗糙度 0 0 0 520 ，查图得 0 . 0 3 2 / ( )i ，流速 0 /iu m s， 39 9 6 . 5 /i k g m 密 度，所以 21226 0 . 4 1 9 9 6 . 50 . 0 3 2 8 0 4 . 1 ( )0 . 0 2 29 9 6 . 5 0 . 4 13 2 5 1 . 3 ( )28 0 4 . 1 2 5 1 . 3 1 . 4 2 2 9 5 5 . 1 2 ( ) 0 . 1 a M P a 管程流动阻力在允许范围之内 。 （ 2） 壳程阻力 0 1 2 11 , 1 . 1 5 P F 流体流经管束的阻力 2 00100 . 2 2 8002 0 . 2 2 81120 . 55 5 8 6 . 8103 9 , 0 . 1 0 88 1 5 0 . 1 0 80 . 5 5 5 8 6 . 8 1 0 ( 3 9 1 ) 1 1 1 1 . 1 ( )2 f n a 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 11 流体流过折流板缺口的阻力 2 0022223 . 520 . 1 5 0 . 4 . 1 5 8 1 5 0 . 1 0 8P 3 9 3 . 5 5 0 9 . 8 ( )0 . 4 2m ，总阻力 0 ( 1 1 1 1 . 1 5 0 9 . 8 ) 1 . 1 5 1 8 6 4 . 0 3 5 0 . 1P P a M P a 壳程流动阻力也比较适宜。 管 程 和 壳 程 流 体 阻 力 均 未 超 过 选 用 管 板 式 换 热 5足工艺要求 。 化工原理课程设计任务书 列管式换热器 12 热器的主要结构和尺寸（列表） 换热器的形式 固定管板式 换热面积 m 工艺参数 名称 管程 壳程 物料名称 岷江水 原油 操作压力 作温度 C 20/35 140/40 流量 kg/h 体密度 3/kg m 15 流速 m/s 热量 传热系数 流传热系数 垢系数 动阻力 数 2 1 材质 碳钢 碳钢 管的规格 规格 管数 64 管长 中心距 32列方式 正三角形 折流版型式 圆缺形 间距 150体内径 400温层的厚度 20工原理课程设计任务书 列管式换热器 13 心得体会 本次课程设计历时近两周，在此期间我查阅和学习了一些相关资料。在和其他同学共同探讨下完成了该项设计任务。以前从未接触过此类的课程作业，在这个过程中收获很多，体会也很多。 通过这次学习我深切地感受到“学以致用”的重要性和艰难程度，我们随口所说的“理论联系实践”，做起来需要的不仅仅是考试的成绩，还需要扎实的理论功底、查阅文献获得所需 信息的基本功、客观问题和解决方案的分析综合能力以及动手能力等诸多缺一不