煤焦油加氢精制换热器的设计

1、 第一章 设计条件1.1 已知条件 设计条件（1）管程：热流体为煤焦油加氢精制流出物，主要为柴油，以下称混流体，工作压力1.5MPa，入口温度100，要求降低到45，流量为50000kg/h。（2）壳程：冷流体为水，入口温度为24，出口温度50，操作压力为0.3MPa。1.2 确定设计方案 换热器的类型由于两流体温度差小于50摄氏度，可选用固定管板式换热器。1.3 确定物性数据 混流体的定性温度=72.5，冷却水的定性温度=37，可得两种流体的物性数据为：流体比热容/kJ/kg-1·K-1密度/kg·m-3黏度/mPa·s热导率W·m-1·K-

2、1流出物1.3408800.70.669水4.178 9930.7180.622表格 1-1 冷、热流体的物性数据1.4 估算传热面积 热流量 平均传热温差34.44 计算传热面积假设，则 冷却水用量t冷却水的温差。第二章 结构设计2.1工艺结构尺寸 换热管管径和管内流速表2-1 常用换热器的规格和尺寸偏差材料钢管标准外径×厚度一级换热器二级换热器外径偏差壁厚偏差外径偏差壁厚偏差不锈钢GB 227010×1.5±0.15+12-10±0.20±1514×2±0.20±0.4019×225×232

3、×2±0.30±0.4538×2.545×2.557×3.5±0.8±1由表选用25mm×2mm较高级冷拔传热管，由于流出物主要为柴油和少量沥青，粘度较低，故取管内流速。 管程数和传热管数由式，其中V为管内流体的体积流量；为管内径；为管内流体流速得：按单管程计算，所需的传热管长度为99.1/（3.140.025152）=8.31（m）长度合适，可以按照单管程计算。 换热管排列表2-2 常用换热管中心距 mm换热管外径1214192532384557换热管中心距1619253240485772采用正三角形排

4、列法，有表可知管心距为32mm。 壳体内径。T为管心距；为换热管外径。正三角形排列。表2-3 压力容器的公称直径3003504004505005506006507007508009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260028003000320034003600380040004200440045004600由表，可取D=500mm。 折流板 折流板的最小间距应不小于壳体内直径的1/5，且不小于50mm；最大间距应不大于壳体内直径。板间距太小不利于制造和维修，流动阻力也大。采用弓形折流板，取弓形折

5、流板圆缺高度为壳体内径的20，则切去的圆缺高度为100mm；取折流板间距B=150mm。. 接管直径计算表2-4 无缝钢管的公称直径系列DN1520253240506580100外径1825323845577389108DN125150200250300350400450500外径133159219273325377426480530取壳程流体进出口接管按表 圆整后取接管公称直径为125mm。取，则（mm）按表 圆整后取接管公称直径为150mm第三章 换热器核算3.1 热流量核算 管内表面传热系数雷诺数为： Re=7920普朗特数： Pr=1.402,0.6<Pr<6700RePr

6、L/di>100混流体被冷却，流体冷却，n取0.3，管程流通面积故管程传热系数为 壳程表面传热系数假设符合管件流动条件，则：壳程当量直径和流速雷诺数为：得：=14162，2000<<1000000，假设成立。壳程流通截面积壳程流体流速和雷诺数分别为黏度校正则壳程传热系数 污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：管内侧污垢热阻：式中 热流体的平均温度； 冷流体的平均温度。管材料选用不锈钢304，根据表 ， 表3-1 常用金属的热导率 金属材料温度/0100200300400不锈钢16.2817.4517.4518.49利用内插法得到。已知管壁厚度为： 总传热系数K得 传热面积校核实际

7、传热面积，为标准管长，去，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 换热器内压降的核算 管程阻力由Re=7920，不锈钢传热管绝对粗糙度,参考图双对数坐标图，传热管相对粗糙度，得。流速，。管程流体阻力在允许范围之内 壳程阻力按下式计算，流体流经管束的阻力=14162其中，F=0.5， ， ， 则流体流过折流板缺口的阻力其中 B=0.15m，D=0.5m则总阻力在允许范围之内，壳程流动阻力也适宜。2、主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率/（Kg/h)5000030040进（出）口温度/100/4524/50压力/MPa0.46.9物性定性温度/72.537密度/Kg/m3880993定压比热容/kJ/(kg/)1.3404.178黏度/mPa·s0.70.718热导率/W/(m·)0.6240.0279普朗特数4.831.773设备结构参数形式固定管板式壳程数1壳体内径/mm500台数1管径/mm25×2管心距/mm32管长/mm8310管子排列正三角形管数目/根152折流板数/个55传热面积/m299.1折流板间距/mm150管程数1材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s