煤油冷却器的设计

1、况莎銀猱说曷妥仝工程专业化工原理课程设计说明书题 目：姓 名：班级学号:指导老师：同组人员主成时间：2010# 11 £14 a第一部分设计任务书一、设计题目煤油冷却器的设计二设计任务1处理能力：1.98x10$吨/年煤油2.设备形式：列管式换热器（卧式）三、操作条件 煤油：入口温度1409,出口温度409 冷却介质：自来水，入口温度309,出口温度409 允许压强降：不大于105Pa 每年按330天计，每天24小时连续运行四、设计内容 设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 换热器的主要结构尺寸设计。 主要辅助设备选型。

2、绘制换热器总装配图。五、设计日期开始日期：2010年11月1日结束日期：2010年11月14日六、设计评述换热器是许多工业生产中常用的设备,尤其是石油、化工生产应用更为广泛。在 化工厂中换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型很多，性能 各异，个具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。进行换热器的设计, 首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积, 并确定换热器的工艺尺寸。换热器类型虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同，不同之处 仅是在结构上需根据各自设备特点采用不同的计算方法而已。第二部分设计方案简介评述我们设计的是煤油冷却器，

3、冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换 热器有固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式等类型。列管式换热 器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体 的温差大于50 9,故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易 结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水 走换热器的管程，煤油走壳程。第三部分换热器设计理论计算1、试算并初选换热器规格(1)、定流体通入空间两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一 般较大，并易结垢，故选择冷却水

4、走换热器的管程，煤油 走壳程。(2)、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式:被冷却物质为煤油，入口温度为1409,出口温度为40 C冷却介质为自来水，入口温度为30 C,出口温度为40 C煤油的定性温度：0 = (140 + 40)/2 = 90 C水的定性温度：5=(30 + 40)/2 = 35 C两流体的温差：7；-： = 90-35 = 559由于两流体温差大于50-C,故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器。两流体在定性温度下的物性数据性流体煤油908250.7152.220J4水359940.7284.1740.626、计算热负荷Q按管内煤油计算很卩若忽略换热器的热

5、损失，水的流量可由热量衡算求得，即(4) 、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数111AT40-30乂 =经岂=(八日7)= (1心40匕理一30) = 39 096迄 "111 土由R和P査图得温度校正系数为,=085,所以校正后的温度为厶L = 36.4X 0.85 = 33.23°C又因,=0.85 >0.8,故可选用单壳程的列管式换热器。(5) 、初步选择换热器规格根据管内为水，管外为有机液体，K值范围为280-710 W/(m2 QC)9 假设 K=430lV/(m2 oC)故由于几-L = 14°4° -笑竺 =55050 C,因此需要

6、考虑热补偿。2 2初选固定板式换热器规格尺寸如下: 外壳直径D600mm管程流通面积S 0.0364m2 管数n 管长L 中心距换热器的实际传热面积2326m32mm管排方式正三角形排列公称压力P 4.00Mpa管程数2管尺寸4>25X2. Sunn (不锈钢管)公称面积S 107.5 m2采用此换热面积的换热器，则要求换热过程的总传热系数为:2、核算总传热系数K。(1X计算管程对流传热系数匕，因为管中水的质量流量为Wc = 36.94/5,则水的体积流量为 Vc = Wc/p = 36.94 / 994 = 0.03716” / s所以：(2) 、计算壳程对流传热系数匕换热器中心附近管

7、排中流体流通截面积为 式中h折流挡板间距，取150/77/7?煤油的质量流量为Wh = 25000 / h = 6.9444 / 5,则煤油的体积流量为岭=Wh/p = 6.9444/825 = 0.008417" / s由于换热器为两壳程，所以煤油的流速为：由于管为三角形排列，则有煤油在壳程中流动的寓诺数为因为Re“在2x10lxlO*5范围内，故可采用凯恩(Kern)法求算,即由于液体被冷却取 = 0.95,所以a。= 0364-Re055 Pr13(pu = 0.36x 0 14 x(9. 952xlO3)055 x 1 1.34旧 x0.95 = 8421V / (m2 &#

8、176;de尸"0.0202(3) 、确定污垢热阻(4) 、计算总传热系数K。(管壁热阻可忽略时，总传热系数K。为：)选用该换热器时，要求过程的总传热系数为431.8 VV/(W2 oC),在传热任务所规定的流动条件下，计算出的K°=488.8 W/(nr °C)t所选择的换热器的安全系数为：则该换热器传热面积的裕度符合要求。3、计算压强降（1）、计算管程压强降前已算出：MZ = 1.021/77/5 Rez = 2.788xl03（湍流）取不锈钢管壁的粗糙度s = 0Amin ,则?=聖=0.005< 20由摩擦系数图査得2 = 0.034所以对于 025

9、 x 2.5mm 的管子，有 Ft = 14,且Np = 2, Ns = 1（2）、计算壳程压强降由于 Fs = 1.15, Ns = 1 所以片=/7>,（心+ 1）缨管子为正三角形排列，则取F=o.5 折流挡板间距A = 0.15/7?折流板数2厂彳-1 =展-1 = 39110.13所以从上面计算可知，ZAP . ZAPz < 105,该换热器管程与壳程的压强降均满足题设要求，故所选换热器合适。第四部分换热器主要结构尺寸一、管子的规格和排列方法考虑到流体的流速，选用025x25肿规格的管子。我国换热器系列中，固 定管板式多采用正三角形排列，它的优点有：管板的强度高；流体走短路

10、的机 会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同壳程内可排列更多 的管子。所以选择正三角形排列。二、管程和壳程数的确定管程数m可按下式计算，即 式中/一一管程内流体的适宜速度，m/s；屮单管程时管内流体的实际速度，m/s。取« = 1.5/77/5 （参考化工原理上册）水的流量为叱=36.94/5,对于4>25X2. 5mm的管子,求得吩愕" 所以选用2管程。在单壳程中，由R和P査得温度校正系数为 = 0.85大于0.8,所以采用单壳程。三.外壳直径的确定初步设计中可用下式计算壳体的内径，即式中£> 一壳体内径，加：f-管中心距，砒代-横穿管

11、束中心线上的管数；管束中心线上最外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取b' = (l-1.5) d0, m其中t = 0032加(参考«化工原理»上册)7 = 16(上己计算)&取1.5则 D = 0.025 x(16-l)+2xl.5x 0.025 = 0.555/n = 555mm;按照此方法计算得到的壳内径应圆整，标准尺寸如下表：壳体外径/mm325400,500,600, 800,900,10001100, 1200700最小壁厚/mm8101214所以取D =600mmo折流板形式的确定折流挡板的主要作用是引导壳程流体反复的改变方向做错流流动，以加大

12、 壳程流体流速和湍动速度，致使壳程对流传热系数提髙。选择水平圆缺形折流板，切去的弓形高度为外壳内径的25.0% (圆缺率的 范围一般为 15%45%),即为：600x15.0% = 90.0肋。折流板的间距，在允许的压力损失范围内希望尽可能小。一般推荐折流板间隔最小值为壳内径的1/5或者不小于50mm。折流板间距取h=150mmo 折流板的最大无支撑间距如表所示：换热管外径(mm)141619253238最大无支撑间距(mm)110013001500185022002500折流板的厚度可由下表得出：(参考文献：化工设备设计手册 朱有庭，曲 文海主编)公称直径DN (mm)换热管无支撑跨距<

13、;30030060060090090012001200-15001500折流板的最小厚度(mm)<40034581010400-700456101012700-900568101216900-15006810121616所以取值为12mm五、主要附件的尺寸设计(1) 、封头封头有方形和圆形两种，方形用于直径小(一般小于400mm)的壳体，圆形用于大直径的壳体。壳径为600mm,选用圆形封。(2) 、缓冲挡板它可防止进口流体直接冲击管束而造成管子的侵蚀和 管束振动，还有使流体沿管束均匀分布的作用。(3) 、放气孔、排液孔换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不擬气体和冷凝液等。(4)

14、、接管换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算，即式中叫流体的体积流量，卅“"流体在接管中的流速，m/So流速“的经验值可取为对流体u=1.52m/s取液体流速H=1.5m/s,自来水进出口接管的内径煤油进出口接管的内径、假管 为减少管程分程所引起的中间穿流的影响，可设置假管。假管的 表面形状为两端堵死的管子，安置于分程隔板槽背面两管板之间但不穿过管板，可与折流 斑焊接以便固定。假管通常是每隔34排换热管安置1根。(6) 、拉杆和定距管 为了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用 拉杆和定距管。所选择的拉杆直径为12mm,拉杆数量为4,定距管025x2.5?/"(参考

15、文 献化工设备手册曲文海主编)仃)、膨胀节膨胀节又称补偿圈。膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体的温差低于700C且壳方的流体压强不高于600KPa的情况。换热器的膨胀节一般分为带衬筒的膨胀节和不带衬筒的膨胀节。根据换热器壳侧介质 的不同，使用的膨胀节就不同，通常为了减小膨胀节对介质的流动阻力，常用带衬筒的膨 胀节。衬筒应在顺介质流动的方向侧与壳焊接。对于卧式换热器，膨胀节底部应采用带螺 塞结构，这样便于排液。第五部分工艺设计计算结果汇总表工艺设计计算结果汇总表煤油流量kg/h25000自来水流fiAg/h132984实际传热面积S/m*107.5要求过程的总传热系数/w/

16、 (irf-c)总传热系数/W (nTC)安全系数/%13-2管程压强降壳程压强降处1.417X104 1230壳径D/mm600公称压强/Mp4.00公称面积s/ma107.5管程数Np2管子尺寸/mm©25X2.5管长/m6管子总数n232管子排列方法正三角形管心距/mm32折流板数49板间距/mm150弓高/mm75拉杆直径/mm12拉杆数量4参考文献1化工原理（上册）修订版夏清陈常贵主编天津:天津大学出版,20052化工设备设计手册潘国昌、郭庆丰主编北京:清华大学出 版社,1988 化工流体流动与传热张国亮 主编.北京：化学工业出版 社,19924 化工工艺制图周大军 揭嘉

17、主编.北京:化学工业出版 社,20035 中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册（第三版）北京:化学工业出版社,19876 柴诚敬王军张缨编.化工原理课程设计天津：天津科学技术出版社,20057 化工工艺算图手册刘光启 马连湘主编北京：化学工业出版社,19908 化工工程设计韩冬冰 李叙凤 主编北京:学苑出版社,2000 工程制图朱泗芳 徐绍军 主编北京：高等教育出版社,200210 AutoCAD2002应用教程刘苏 编著北京：科学出版社,200311 化工设备机械设计基础潘永亮刘玉良编北京:科学出版社,1991后记课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决 实际问

18、题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训 练和考察过程.随着答辩日子的到来，课程设计也接近了尾声。经过两周的奋战 我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是 对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做课程设计发现自己 的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什 么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我 才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了,使我认识到合作的重要性我和组员汤冬、易先文相互设计不同的方案，然后集中讨论，选择最佳的设计方案。遇到难的地方，就各自査找资料，询问老师或同学，既而进行攻坚，团队的力量是无穷的，没有克不了的难关。同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在此也要感谢我们的指导老师尹老师、王老师、林老师和曾老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过査阅大