(完整版)换热器设计毕业课程设计

课程设计任务

1.设计题目：列管式换热器的设计

设计目的：通过对列管式换热器的设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。

2.设计任务：

某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表，两侧的污垢热阻均可取1.72X 10-4m2• KW，换热器热损失忽略不计，管程的绝对粗糙度& =0.1mm，要求两侧的阻力损失均不超过0.2X 105Pa。试设计一台适当的列管式换热器。(y：学号后2位数字)

(1)生产能力和载热体用量：

原油42000 + 150*1 (2) *y kg' X Nt=44 X 4=176

A 实际=L X ( n X dO) X n' = 26 X ( n X 0.025) X 44=89.804 ( m2)

3、选择换热器壳体尺寸

选择换热管为三角形排列，换热管的中心距t=32mm。

n c=1.1、n =1.1 176 =14.6 15

最外层换热管中心线距壳体内壁距离：b'=(1 ——1.5)d0

壳体内径：32(15-1)+2*1.3*25=513

圆整后，换热器壳体圆筒内径为D=550mm，壳体厚度选择8mm。长度定

为5996mm 。

壳体的标记：筒体DN550 S =8 L=5910。

筒体材料选择为Q235-A，单位长度的筒体重110kgm,壳体总重为

110*(5.910-0.156)= 632.94kg 。 (波形膨胀节的轴向长度为0.156m )

4、确定折流挡板形状和尺寸

选择折流挡板为有弓形缺口的圆形板，直径为540mm,厚度为6mm。缺口弓

形高度为圆形板直径的约14，本设计圆整为120mm。折流挡板上换热管孔

直径为25.6mm ，流挡板上的总开孔面积

=147.5*514.7185+4*216.4243=76786.6760mm2 。折流挡板的板间距

h=400mm。折流挡板数NB = L。根据换热器壳体的公称直径550mm，可知波形膨胀节的公称直径也是550mm，根据公称直径，查《化工设备机械基

础》(化学工业出版社，2008)书中表16-9 的对应条目，获得波形膨胀节的具体尺寸(见换热器设备图)。

第三节换热器校核

、核算总传热系数

1 •管程对流传热系数a i

换热管内柴油流速：

u 1=35400(715*3600*44*0.785*0.02A2)=0.995(ms)

雷诺数0.02*1*715(0.64*0.001)=22343.75

普朗特数2.48*1000*0.64*0.0010.133=11.933

柴油的黏度小于常温水黏度的两倍，是低黏度液体，且是被冷却，所以

=0.023*0.1330.02*22343.75A0.8*11.933A0.3

=970.28w(m*K)

2 .壳程对流传热系数a o

壳程流通截面积：0.4*0.55(1-0.0250.032)=0.048(m2)

壳程流速：42400(3600*815*0.048)=0.301(ms)

换热管为三角形排列，壳程的当量直径为

0.02(m)

雷诺数Re2=815*0.02*0.305(3*0.001)=1657.17

普朗特数Pr2=51.56

计算对流传热系数a2=268.12w(m*K)

3.污垢热阻

根据设计任务书，两侧的污垢热阻

4 .总传热系数Ko

K o

丄R so如R#丛

、'-2' m d m d i "i d j

=1(1268.12+1.72*0.0001+1.72*0.0001*0.0250.02+0.025(970.28*0.02))

=185.02w(m2K)

A 需要=Q(Ko X △ tm) =1.04*10^6(185.02*63.48)=88.5

面积裕量：〉15%

(89.8-88.5)88.5=1.4%

传热面积裕度合适，该换热器能够完成任务。

二、核算压强降

1•管程压强降

已知管程直管的绝对粗糙度& =0.1mm，贝U £d1=0.120=0.005，雷诺准数

22343.75，查摩擦系数图1-28,得到入=0.035，所以，每程直管的压降：

369.744Pa

柴油在每管程中局部阻力导致的压强降按经验公式计算如下:

107.25Pa

一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。

对于①25X 2.5的换热管，结垢校正系数Ft=1.4 ;因为是单壳程、四管程的

换热器，所以Ns=1 , Np=4

' 巾=（巾1 卩2）F t N p N s = 12671.664Pa

流体横过管束的压强降

管子排列方法对压强降的校正因数F=0.5（正三角形排列）；

壳程流体的摩擦系数fo,当Re2 > 500 时，fo=5.0 X Re2-0.228=8285.622 横过管束中心线的管子数nc=15;

折流板数NB=14 ;

壳程流速u2=0.305ms;

P 原油=815kgm3

' 1原油U 2

■ =p1二Ff o n c（N B1）—- = 15293.94Pa

2

流体通过折流板缺口的压强降：

折流板间距h=400mm=0.400m ;壳体内径D=550mm

卩2' = N B（3.5 —空）原油U2 = 1085.54Pa

D 2

一般地，流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。

壳程总压降：

对于液体壳程压强降的结垢校正系数Fs=1.15;