U型管换热器课程设计说明书2

U型管换热器课程设计

说明书

设计题目 U型管换热器设计

专业班级建环1001

学生姓名xxxxx

学号xxxxxx

指导教师xxxxx

日期2013.5.4

一、化工原理课程设计任务书

（换热器的设计）

（一）设计题目：煤油冷却器的设计

（二）设计任务及操作条件：

1.处理能力：15万吨/年煤油

2.设备型式：列管式换热器

3.操作条件：

（1）煤油入口温度125℃，出口温度40℃；

（2）冷却介质循环水，入口温度25℃，出口温度45℃；

（3）允许压强降不大于105Pa;

（4）煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3；粘度为：

7.15×10-4Pa.S;比热容为：2.22kJ/（kg. ℃）；导热系数为：

0.14W/（m. ℃）

（5）每年按330天计，每天24小时连续运行。

（三）设计项目

1传热计算

2管、壳程数的确定及管、壳程流体阻力计算

3管板厚度计算

4 U形膨胀节计算（浮头式换热器除外）

5管壳式换热器零部件结构

（四）绘制换热器装配图（A2图纸）

二、换热器的选用

换热器的选用(即选型) 的过程大体如下, 具体计算可参看列管式换热器设计中有关内容。

①根据设计任务要求计算换热器的热负荷Q。

②按所选定的流动方式, 计算出平均温度差( 推动力)Δtm 及查出温差校正系数ψ。若ψ< 0 . 8 , 应考虑采用多壳程结构的换热器或用多台换热器串联。

③依所处理流体介质的性质, 凭经验初选一总传热系数K0 (

, 并由总传

估)

热速率方程计算传热面积S'0 :

S'0 =Q/K0 估Δtm

———凭经验选取的总传热系数,W /(m2·K) ; 式中Q———热负荷,W; K0 (

估)

Δtm ———平均温度差, ℃。

④根根据计算出的S’0 值, 查有关换热器系列标准, 确定型号规格并列出各结构主要基本参数。

⑤利用总传热系数关联式计算K0 ( 计) , 再由总传热速率方程式求出S0 ( 计) 。考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的因素, 应使得所选用换热器具有的传热面积S0留有的裕度10%～25% , 即[ ( S0 - S0 ( 计) ) /S0 ( 计) ] = ( 10% ～25% )。否则需重新估计一个K0 ( 估) , 重复以上计算。也可依所选用换热器具有的传热面积S0 , 通过总传热速率方程式求出K0 ( 选) , 然后比较K0 ( 选) /K0 ( 计) 之值是否在1 . 15～1 . 25 范围。

⑥计算出管、壳程压力降, 验算是否满足要求。

三、工艺计算及主要设备设计

1、确定设计方案 1.1选择换热器的类型：

两流体温度变化情况：煤油进口温度为125℃，出口温度40℃，冷流体进口温度25℃，出口温度45℃；设煤油压力为0.3MP a ，冷却水压力为0.4MP a 。该换热器用循环冷却水冷却，固定管板式换热器具有结构简单和造价低廉等优点, 但它仅适用于壳程流体压强小于0 . 6MPa, 管、壳程壁温温度差小于70℃ , 且管间只能通过清洁流体的场合，因此初步确定选用固定管板式换热器。 1.2流程安排:

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，煤油走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管（换热管标准：GB8163）。 2、确定物性数据：

2.1定性温度：可取流体进口温度的平均值。

煤油的定性温度为：5.822

40

125=+=

T （℃） 冷却水的定性温度为：352

45

25=+=

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、估算传热面积

3.1计算热负荷和冷却水用量 W h =

4.1893924

3301000

1000015=⨯⨯⨯（kg/h ）

Q =W h C p h Δt 0=18939.4×2.22×(125-40)=3.57x106kJ/h=992.7(kW)

忽略换热器的热损失，冷却水用量

)h /(4.42676)

2545(10187.41036007.992c C Wc 3

3

kg t p Q i =-⨯⨯⨯⨯=∆= 3.2计算两流体的平均温度差

先按理想逆流传热温度差进行计算，即 83.3825

4045125ln )

2540()45125(ln '2121=-----=∆∆∆-∆=

∆t t t t t m (℃)

3.3温度校正

平均传热温差校正系数：R=(125-40)/(45-25)=4.25; P=(45-25)/(125-25)=0.2

由R和P值，按单壳程查温度差校正系数图，得温度校正系数φ=0.81>0.8，可行。

所以修正后的传热温度差为Δtm=φΔtm’=0.81x38.83=31.45(℃) 3.4初步选型

3.4.1传热面积

假设K=300W/(m2·K),则估算面积为：

A=Q/(K×Δt m)=992.7×103/(300×31.45)=105.2(m2)

3.4.2管径和管内流速

换热管选用碳钢管ф25×2.5mm，取管内流速u= 1.0m/s

3.4.3管程数和传热管数

换热管选用普通无缝钢管ф25×2.5mm ，管内径

d=0.025-2x0.0025=0.02m ，于是单程管根数n'为 3600

0.102.0785.0994

/4.426764

'2

2

⨯⨯⨯=

=

i

i u d V

n π

=37.98 取n'=38根

按单程管计算，所需的传热管长度为： 38

025.014.33

.1030⨯⨯==

n d A L π=35.2m 3.4.4初选换热器类型与型号

由于Tm-tm=（125+40）/2-(45+25)/2= 47.5(℃)<50(℃),两流体间的温差不大，不需要温度补偿；但是为了便于壳程污垢清洗，以采用固定管板式列管换热器为宜，且初步选定的具体型号为G600VI-1.0-100 G600VI-1.0-100的具体参数

3.4.5传热管排列和分程方法

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，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 P =L/l=35.2/6=6；传热管总根数： N T =38×6=228（根）

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