煤油冷却器的设计

南京工业大学《材料工程原理B》课程设计

设计题目: 煤油冷却器的设计

专业：高分子材料科学与工程

班级：高材0801

学号: **********

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日期： 2０10/12/30

设计成绩:

目录

一.任务书 (3)

１.1．设计题目

1．2.设计任务及操作条件

1.3.设计要求

二.设计方案简介 (3)

２.1．换热器概述

2.２列管式换热器

2．3.设计方案的拟定

2.4.工艺流程简图

三．热量设计 (5)

3．1.初选换热器的类型

3.2.管程安排(流动空间的选择)及流速确定

３.3.确定物性数据

3．4．计算总传热系数

３.5.计算传热面积

四.工艺结构设计…………………………………………………………………………………………..-８-

4.1.管径和管内流速

4.2.管程数和传热管数

4．3.平均传热温差校正及壳程数

4.4.传热管排列和分程方法

4.5．壳程内径及换热管选型汇总

4.6.折流板

4.7.接管

五．换热器核算…………………………………………………………………………………………．-13－

5.１.热量核算

5.2.压力降核算

六.辅助设备的计算和选择……………………………………………………………………………１７

6.1.水泵的选择

6.2.油泵的选择

七.设计结果表汇 (20)

八.参考文献． (20)

九.心得体会………………………………………………………………………………….…………… 2１附图：（主体设备设计图,工艺流程简图）

§一．化工原理课程设计任务书

1.1设计题目

煤油冷却换热器设计

1.2设计任务及操作条件

１、处理能力 15.8×１04t/y

2、设备型式列管式换热器

３、操作条件

（１）煤油: 入口温度１4０℃，出口温度４０℃

(２)冷却介质：工业硬水,入口温度２0℃,出口温度4０℃

(3）油侧与水侧允许压强降：不大于１05 Pa

（４）每年按３３０天计，每天24小时连续运行

(5)煤油定性温度下的物性参数:

1．3设计要求

选择合适的列管式换热器并进行核算

1．４绘制换热器装配图

(见Ａ４纸另附）

§二．设计方案简介

2.1换热器概述

换热器是化工,炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂,换热器的费用约占总费用的１０％~20%，在炼油厂约占总费用3５％~40%。换热器在其他部门,如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此,设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的意义。

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛。

2.２列管式换热器

因设计需要,下面简单介绍下列管式换热器

列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛应用。它的结构简单、坚固、制造较容易,处理能力大,适应性能，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中使用更为普遍。

2.2．1固定管板式

固定管板式即两端管板和壳体连结成一体,因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗,因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时,应考虑热补偿。有具有补偿圈(或称膨胀节)的固定板式换热器,即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性形变，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简便,但不宜用于两流体温度差太大和壳方流体压强过高的场合。

1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴

图2.2.１.固定管板式换热器的示意图

2．2.２浮头式

这种换热器有一段管板不与壳体相连，可沿轴向自由伸缩。这种结构不但可完全消除热应力，而且在清洗和检修时,整个管束可以从壳体中抽出。因此，尽管其架构较复杂,造价较高,但应用仍较普遍。

2.2．3U形管式

每根管子都弯成U形,两端固定在同一个管板上，因此，每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。这种结构较简单,质量轻,适用于高温高压条件。其缺点是管内不易清洗，并且因为管子要有一定的弯曲半径，其管板利用率较低。

2.3设计方案的拟定

根据任务书给定的冷热流体的温度,来选择设计列管式换热器的固定管板式换热器；再根据冷热流体的性质，判断其是否容易结垢,来选择管程走什么,壳程走什么。本设计中选择使循环工业硬水走管程，煤油走壳程。从资料中查得冷热流体的物性数据，如比热容,密度，粘度,导热系数等。计算出总传热系数，再计算传热面积。根据管径，管内流速确定传热管数,算出传热管程,传热管总根数等。然后校正传热温差及壳程数,确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等；接着再对换热器的热量，官称对流传热系数，传热系数,传热面积进行核算，再算出面积裕度,最后,对流体的流动阻力进行计算。

2.４工艺流程简图（见附图）

§三．工艺计算和主体设备设计

3.1 初选换热器类型

两流体的温度变化情况如下：

（1）煤油：入口温度１40℃,出口温度40℃；

（2)冷却介质:自来水，入口温度３０℃，出口温度４０℃;

该换热器用循环冷却自来水进行冷却，冬季操作时,其进口温度会降低，考略到这一因素， 估计所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,需考虑热膨胀的影响,相应地进行热膨胀的补偿，故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。 3.２ 管程安排及流速确定

已知两流体允许压强降不大于１0０kPa;两流体分别为煤油和自来水。与煤油相比,水的对流传热系数一般较大。由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程,而使煤油走壳程。选用Φ２５×2．５的碳钢管,管内流速取u i ＝0.5m/s 。

3．3确定物性数据

定性温度:对于一般气体和水等低黏度流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

壳程流体（煤油)的定性温度为:℃90240

140=+=

T 管程流体(硬水）的定性温度为：℃302

40

20=+=

t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

３.４计算总传热系数

(1).煤油的流量

已知要求处理能力为１5.8万吨煤油每年(每年按３３0天计，每天24小时连续运行）,则煤油的流量为：