李冲成果报告书

1、湖南石油化工职业技术学院-毕业设计成果报告书 管壳式换热器固定管板式湖南石油化工职业技术学院 毕业设计成果报告书 专业名称： 系部名称：班级名称：学生姓名：学号：指导老师：石化技术工程系炼油技术炼油3131班李冲廖有贵201311301161 二零一六年三月目 录一、选题背景1（一）文献综述1固定管板式换热器介绍1（二）、选题依据21、现状分析22、发展前景2二、成果简介3（一）、设计结果3（二）固定管板式换热器的简介.41、附：固定管板式换热器5（三）设计参数选择5三、设计思路与过程6（一）、设计思路61、明确设计任务61.1、选择设计类型7（二）、设计过程81、确定设计方案82、换热器设备

2、结构设计计算103、换热器的核算114、面积核算12四、成果特点13五、收获与体会14参考文献15一、 选题背景（一）文献综述换热器（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。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。随着人类社会生活的发展，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。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。近年来，由于科

3、技的快速发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。 1.1换热器的类型换热器根据不同的方式分类也不同。按传热原理分为表面式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器；按用途分为加热器、预热器、过热器、蒸发器；按结构分为浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。接下来着重介绍浮头式换热器和板式换热器。浮头式换热器的简介

4、新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与凹型槽相连通。 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，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。板式换热器的简介 图二 1挡板 2补偿圈 3放气嘴 （二）、选题依据1、现状分析换热器是化工、是有、食

5、品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样，为提高换热设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造成本的标准系列化，并在广泛的范围内继续向大型化发展，并且能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等。通过本设计进一步强化运用专业基础理论解决工程实际问题的能力促使学生能能够快速胜任岗位工作。 2、发展前景进入21世纪后，大量的强化传热技术应用与工业装置，我国换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。最近几年，我国还在大型管壳式换热器、大直径纹螺锁紧环

6、高压换热器、高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器反面获得了重大突破。二、成果简介（一）设计结果 换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：固定板板式管口表换热面积/：38.2符号尺寸用途连接型式工艺参数aDN80循环水入口平面名称管程壳程bDN80循环水入口平面物料名称循环水原油cDN50原油入口凹凸面操作压力不大于0.1MPadDN50原油入口凹凸面操作温度/30/40140/100eDN20排气口凹凸面流量/（kg/s）7.331.36fDN20放净口凹凸面流体密度/（kg/m）994815附图流速/（m/s）0.620.19传热量/kw299.2总传热系数/w/（/k）292.3对流传

7、热系数/w/（/k）3247420.7污垢热阻/（m2*k/w）0.0003440.000172压降/MPa0.00704940.0080463程数21使用材料碳钢管子规格25*2.5管数管长/mm946000管间距/mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距/mm切口高度10025%壳体内径/mm400保温层厚度（二）固定管板式换热器的简介固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的介于结构简单，换热器如图1-1所示，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑：由于这种结构式壳清洗困难，所以壳程宜用与不易结垢和清洗的流体。1、附：固定管板式换热器图（三）设计参数选择原油的定性温

8、度T冷却水定性温度t原油密度o冷却水密度原油定压比热容cpo冷却水定压比热容cp原油导热系数o冷却水导热系数i原油粘度o冷却水粘度热流量Qo冷却水用量Wi总传热系数平均传热温差温差校正系数管程雷诺数初算初始传热面积管程、壳程传热系数 初算实际传热面积S传热管数N壳体内径D管程数折流板间距B横过中心线管数折流板数NB管心距t管程压力降接管内径d壳程压力降当量直径 三、设计思路与过程（一）、设计思路1、明确设计任务 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140，出口温度40；冷流体（循环水）进口温度30，出口温度40。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时出口温度会降低，考虑到这一因

9、素，估计该换热器的管壁和壳体壁温之差较大，因此初步选用带膨胀节的固定管板式换热器。 1.1）流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，原油走壳程。选用25mm2.5mm的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。1.2确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值壳程油的定性温度：原油在90下的物性数据：密度黏度定压比热容导热系数管程流体的定性温度为：循环冷却水在35下的物性数据：密度黏度定压比热容导热系数1.3计算总传热系数热流量 平均传热温差 冷却水用量总传热系数K管程传热系数：壳程传热系数：由于冷却水较易结垢，查表得，污垢热阻：管壁的导热系数：1.4计算

10、传热面积考虑15%的换热面积裕度， （二）、设计过程2、换热器设备结构设计计算2.1管径和管内流速选用传热管（碳钢），取管内流速。2.2管程数和传热管数依据传热管内径的流速确定单程传热管数：按单程管计算，所需的传热管长度为：按单程管设计，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：传热管总根数平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正数：按单壳程、双管程结构，经查阅资料，得所以平均传热温差：2.3传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方型排列。取管心距，则：横过管束中心线的管数：2.4壳体内经采用多管程结构，取管板利用率=0.7，

11、则壳体内经为： 圆整可取D=400mm 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，故可取h=100mm。取折流板间距B=0.3D，则，可取B为100mm。折流板数折流板圆缺面水平装配。壳程流体进口接管：取接管内油品流速为1.0m/s，则接管内径为取标准管径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5m/s，则接管内径为 取标准管径为80mm。3、换热器的核算3.1面积核算1）热量核算壳程对流传热系数 对圆缺型折流伴，可采用Kren公式当量直径de由正三角形排列得壳程流通截面积壳程流体流速及雷诺数分别为普朗特准数黏度校正则壳程对流传热系数2）管程

12、对流传热系数管程流通截面积：管程流体流速普朗特准数则管程对流传热系数3）总传热系数4）传热面积该换热器的实际传热面积：该换热器的面积裕度为：传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。3.2换热器内流体的流动阻力核算1） 管程流动阻力 由Re=17000,传热管相对粗糙度=0.01/20=0.005，查莫狄图得,流速，故有： 0.1MPa管程流动阻力在允许范围内。2） 壳程阻力流体流经管束的阻力其中F=0.5， 故流体流过折流板缺口的阻力其中B=0.10m,D=0.40m壳程总阻力壳程阻力也比较适宜。四、成果特点 对传热过程进行了改进，传热材料的选择，传热效果的计算通过对换热器设计这一课题的研

13、究，对换热器从选型、结构、参数的设计都有了深刻的认识与理解，加生了对理论知识的学习，对实际生产中的应用也具有重要的实践意义，与实际生产相结合，考虑了实际生产的因素制约设计流程。五、收获与体会本设计从收集资料到最后的设计完成，在此期间我的指导老师和同学们给予了我极大的支持和帮助。姜老师多次为我的课题进行专题辅导，正是他丰富的经验和悉心的教导，才使我的毕业设计得以顺利的完成。感谢老师在学习生活上对我的细心帮助，他严谨的治学态度、开阔的视野、丰富的经验使我获益匪浅，廖老师勤奋专注的敬业精神更为我树立了良好的榜样，是我今后在做人、工作处事方面追求的楷模。通过这次毕业设计，也让我的专业基础知识得到了巩固，同时也发现自身的不足，作为化工专业的学生更应该认真，养成良好的学习习惯，为今后