煤油冷却器的设计原版

1、 原版-煤油冷却器的设计 设计题目 一设计要求：二操作条件：（1） 煤油入口温度（2） 冷却介质自来水，入口温度允许压强降不大于（3） 煤油定性温度下的物性数据：密度为（4） 4 10三设计项目1 选择适宜的列管换热器并进行核算。煤油冷却装置的设计 4）吨/10年煤油 1.处理能力：（32.4 2.设备型式：列管式换热器 140，出口温度40； 30，出口温度40； 5Pa; 103,粘度为 7.15 825kg/mPa.s, 比热容为2.22kj/(kg.)，导热系数为0.14W/(m.)。 每年按330天计，每天24小时连续运行。 绘制带控制点的工艺流程图、主体设备图（含列管布置图）。2

2、一、摘要 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷

3、凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。 衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、。 节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力 目 录 一、概述 1 1 二、工艺流程草图及设计标准 2.1工艺流程草图 1 2.2设计标准 2 三、换热器设计计算 2 3.1确定设计方案 2 3.1.1选择换热器的类型2 3.1.2流体溜径流速的选择2 3.2确定物性的参数 3 3.3估算传热面积 3 3.3.1热流量3 3.3.2平均传热温差3 3.3.3传热

4、面积 3 3.3.4冷却水用量 4 3.4工艺结构尺寸 4 3.4.1管径和管内流速4 3.4.2管程数和传热管数4 3.4.3平均传热温差校正及壳程数4 5传热管排列和分程方法3.4.43.4.5壳体内径5 3.4.6折流板5 3.4.7接管5 3.5换热器核算 6 6 热流量核算3.5.1 3.5.1.1壳程表面传热系数6 3.5.1.2管内表面传热系数7 3.5.1.3污垢热阻和管壁热阻7 3.5.1.4计算传热系数K7 C3.5.1.5换热器的面积裕度8 3.5.2换热器内流体的流动阻力8 3.5.2.1管程流体阻力8 3.5.2.2壳程阻力8 四、设计结果设计一览表 10 五、设计自

5、我评价 11 六、参考资料 12 七、主要符号说明 13 一、概述 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。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;另一种流体则温度较低,吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器有以下几种： 1、固定管板式 固定管板

6、式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。 2、U形管式 U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。 3、浮头式 换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以

7、沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍。 二、 工艺流程草图及设计标准 2.1工艺流程草图 a b c d 2泵泵 由于循环冷却水易结垢，为便于水垢的清洗，选择循环水做管程流体，煤油做壳程流体。经过管程沿所示方1管程与壳程流体的进出方向为上图所示，并选择逆流传热。图中水由泵 向流动，煤油由泵1经过壳程沿所示方向流动。 冷却循环水与煤油在设计的换热器中进行热交换，煤油由初温140降温至，40冷却循环水由初温升30温至40。 2.2设计标准 （1）JB1145-73列管式固定管板热交换器 （2）JB1146-73立式热虹吸式重沸器 （3

8、）中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器.国家技术监督局发布，1989 （4）钢制石油化工压力容器设计规定 （5）JBT4715-1992固定管板式换热器型式与基本参数 （6）HGT20701.8-2000容器、换热器专业设备简图设计规定 （7）HG20519-92全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 （8）中华人民共和国国家标准 JB4732-95 钢制压力容器分析设计标准 （9）中华人民共和国国家标准 JB4710-92 钢制塔式容器 （10）中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 压力容器波形膨胀节 三、换热器设计计算 3.1确定设计方案 3.1.1选择换

9、热器的类型 本次设计为煤油冷却器的工艺设计，工艺要求煤油（热流体）的入口温度140，出口温度40。采用循环冷却水作为冷却剂降低热的没有温度，冷却水的入口温度30，根据经验结合选厂地址的水资源现状况，选定冷却水的出口温度40。 根据间壁式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，最大使用温差小于120,选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于60，故因选用带膨胀节的固定管板式换热器。 3.1.2流体流径流速的选择 根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管程流体，煤油为 壳程流体。 3.2确定

10、物性参数 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 管程流体的定性温度为：40140?T 90? （）2 煤油90下的物性数据：40?3035?T?) (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。90下的有关物性数据 煤油在27500(1327500( 循环冷却水在35下的物性数据密度 3=825 kg/m o密度 =994 kg/m3 i定压比热容 =2.22kJ/(kgK) Cpo定压比热容 Cp=4.08kJ/(kgK) i导热系数 o=0.140 W/(mK) 导热系数 i=0.626 W/(mK) 粘度 o=0.000715 Pas 粘度 =0.000725 Pas i3.

11、3、估算传热面积 3.3.1热流量 4108?19.m27500?=） （kg/h0300?24cmpt=27500Q=2.22(140-40)=6.15106kJ/h=1695.8 kW 0o003.3.2平均传热温差 tt?(140?40)?(40?30)21t() ?39mt140?401lnln40?30t?23.3.3传热面积 mm）（ ，管壁导热系数=400 W假设壳程传热系数：（）=45 W?22?02 则估算面积为：K),K=298.7W/(m则 26) /(298.7S=Q/(Kt)=1.6961039)=145.86(mm02) 145.86=167.74(m考虑15%的面

12、积裕度则：S=1.15 3.3.4冷却水用量6Q10.105?60w4.?149632? ）（kg/h itcp3?)?30(4.08?10?40ii 3.4、工艺结构尺寸 3.4.1管径和管内流速= 1.5m/s u(选用252.5较高级冷拔传热管碳钢10)，取管内流速i 管程数和传热管数3.4.2 依据传热管内径和流速确定单程传热管数qV994/3600?149632.4n 89（根）=88.78?s?225.10.02?0.785?udii4 按单程管计算，所需的传热管长度为：S167.78L? m）=24（?dn3.14?0.025?89s0按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，

13、根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长为l=6m，则该换热器的管程数为： N=L/l=24/6=4 P传热管总根数： N=894=356（根） T3.4.3平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数： R=(140-40)/(40-30)=10; P=(40-30)/(140-30)=0.091 t=0.82 4按单壳程，管程结构，温差校正系数应查有关图表可得 平均传热温差 （）9=32t=tt =0.823mm ，同时壳程流体流量较大，故取単壳程合适。由于平均传热温差校正系数大于0.8 传热管排列和分程方法3.4.4采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列

14、。取管心距 ，则t=1.25d0) t=1.2525=31.2532(mm 横过管束中心线的管数23?191.19N?1.356?（根）n c 壳体内径3.4.5 ，则壳体内径为采用多管程结构，取管板利用率0.7N356t32.0505?1.1=757.7 (mm) D=?70. 。按卷制壳体的进级挡，圆整可取D=800mm 折流板3.4.6 ，则切去的圆缺高度为采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25 （h0.25800=200mm） 折流板间距B=0.3D,则 800=240mm取250mm。B=0.36000传热管长) 块 N折流板数 -1=-1=23 (B250折流板间距

15、接管3.4.7u 1.0m/s壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为，则接管内径为：4?V43600?825)，取管内径为=110mm。 D（m）10?.?11u?3.14?1.01 ，则接管内径为1.5 m/s u管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 4?149632.4)3600?994(D193?mm 251.3.14?D =200mm 圆整可取。2 3.5换热器核算 热流量核算3.5.1 壳程表面传热系数3.5.1.1 可采用克恩公式：140.?550.?0PrRe?0.36?00?d? we 当量直径，由正三角排列得：?322dt)4(?22)025?0(4?0.032.?0.78

16、5042020.?0 ）de=（md?025?140.3.0 壳程流通截面积：d0250.2BDS0 ）（m=0.044)1?(1?0.25?0)?.8?0t032.0 壳程流体流速及其雷诺数分别为：)?8253600u21.?0 （m/s）=00440.825.21?0.02?0=4846 =Re00007150. 普朗特准数6?31010?7152.22? Pr=； 34.?111400.14.0? 粘度校正1? ?w11400.550.32=1013.57 W/(m=K) 34?360.?484611.0 02.0 3.5.1.2管内表面传热系数?4.0.80Rr Re?0230.i d

17、i 管程流体流通截面积： 2 ）（mS=0.7850.022356/4=0.028i 管程流体流速及其雷诺数分别为：)994/(3600?149632.4 ）=1.499u=（m/si02790.994.499?0.02?1=40939.1 Rei0007250. 普朗特准数6?3107254.08?10? Pr=734.?6260.626.04.800.273?40939.1.?4K) =0.023=6560.4 W/ (mi020. 3.5.1.3污垢热阻和管壁热阻 查有关文献知可取：2K/W 管外侧污垢热阻 R0=0.000172 m2K/W 管内侧污垢热阻 Ri=0.000344m 。

18、管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为=45 W/(mK) 计算传热系数3.5.1.4 1bddd1K = oooRR?sosi?ddd?iiii0 1 = 1.0025?0.02500250.0.025 ?.0000172?0.00034? 57.1013?.0200.?.656040020.0022545 ）=436.9 W/（m S: 计算传热面积3Q10?1695.82 =121.3=（m）S= tK329?436.?m 该换热器的实际传热面积：2nNdL?)?( m）=3.140.025(6-0.06)(356-23)=155.27S=（c0 3.5.1.5换热器的面积裕度3

19、?121.155SS?P100%=28.01% H=100%=S3.121 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 3.5.2换热器内流体的流动阻力 3.5.2.1管程流体阻力 计算公式如下：; NNpFPi=（P1+P2）tS=1.4; F， N=1, N=4SpS22u?l? =,PP?12id22i?，Re=41103.6由，传热管相对粗糙度0.01/20=0.05，查莫狄图得)=0.034(W/ (m2i3 ，所以流速u=1.499m/s，=994kg/m22685994?1. ）；=10643.7=（PaP?.0038812.02022?2681.994?=3130.5（Pa=

20、） P?3?222 P=（10643.7+3130.5）1.414=77135.5（Pa）100 KPa t管程流体阻力在允许范围之内。 3.5.2.2壳程阻力 P=（P+P）FN 21SS0 =1 NF=1.15 SS2u?0; 0nP(N+1) = FBfC1 2F=0.5 41103.6-0.228=0.722 f=50n=23 C=0.21m/s N=23,u0B ）3625（Pa8250.72223（23+1）0.212/2=0.5P1 流体流过折流板缺口的阻力2u?0, P =N）（3.5-2B/DB22 B=0.25m; D=0.8m； Pa），）3.5-20.25/0.8825

21、0.22/21202（=23故P2100 KPa =3625+1202=4827P（Pa）则总阻力：0 故壳程流体的阻力也适宜。 四、设计结果设计一览表 换热器型式：带膨胀节的固定管板式换热器 管口表 2 换热面积：155.27m符号 尺寸 用途 连接形式 工艺参数 a 2006 冷却循入水环 口平面 名称 管程 壳程 b 2006 循冷却出水环 口 平面物料 循环 水煤油 c 1004 入煤油 口 平面力压，作操MPa d 1004 煤油出 口 平面操作温度， 30/40 140/40 e 57 3.5 排气口 平面 流量，kg/h 149632.4 6.1056 10 流体密度，994.3

22、 kg/m3 825 流速，m/s 0.993 0.0784 热负荷，kW 1695.8 总传热系数，263.9 2) W/(m系传热对流4734 数350.4 ，阻垢污热0.0000.000 图附2/W m172 344 MPa 压降，0.0000.026370 3 程数4 1 碳低碳低材用使荐推 料 钢钢 列管25 管数子管356 规格2.5 间管长，管32 6000 mm ，距mm 排列方式 正三角形 折流板 型式 弓形水平 间距，mm 600 切口高度 25% 壳体 内径，mm 800 五、设计自我评价作为化工专业的学生，我深知化工原理是一门非常重要的专业基础课程，进行适当的设计训练对

23、于加深我对课程的理解是非常重要和有意义的。通过本次设计，我学会了如何根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，及计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。了解到了工艺设计计算过程中要进行工艺参数的计算。通过设计不但巩固了对主体设备图的了解，还学习到了工艺流程图的制法。通过本次设计不但熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解，而且学会了更深入的利用图书馆及网上资源，对前面所学课程有了更深的了解。 但由于时间较为仓促，查阅的文献有限，本次设计还有很多不完善的地方。首先，本次设计能够顺利完成，离不开罗老师的悉心指导和耐心讲解，有了她的指导使得我们更快的进入课程设计的状态，使我们少走弯路。老师传授给我们的专业知识是我们不断成长的源泉，也是完成本设计的基础。在跟随老师学习的过程中，我们学到了掌握了全新而实用的学术思想和设计方法。再次感谢罗老师在百忙之中抽出时间对本设计进行查阅和审 核，我们在此表示衷心的感谢！本设计是我们第一次做化工原理课程设计，设计过程中我们逐步摸索，反复推敲和修改，但鉴于只是水平有限，不足之处敬请老师给予指正。我们不胜 感激！其次非常感谢我们的同学，正是有你们在一起讨论，才使我们较快及