煤油换热器设计说明书

目录第1章设计任务书 (1)1.1设计条件 (1)1.2设计要求 (1)第2章确定设计方案 (1)2.1选择换热器的类型 (1)2.2流程安排 (1)第3章主要物性参数 (2)3.1设计条件 (2)3.2确定主要物性数据 (2)3.2.1 定性温度的确定 (2)3.2.2 流体有关物性数据 (2)第4章估算传热面积 (3)4.1热流量 (3)4.2冷却水流量 (3)4.3平均传热温差 (4)4.4估算传热面积 (5)第5章工程结构尺寸 (5)5.1计算壳体厚度 (5)5.2封头的选择 (6)5.3垫圈的选择 (6)5.4接管 (7)5.4.1壳程流体进出口接管 (7)5.4.2 管程流体进出口接管 (7)5.5法兰 (7)5.5.1 壳体法兰 (7)5.5.2 管法兰 (8)5.6支座的选用 (8)第6章换热器核算 (9)6.1核算压强降 (9)6.1.1管程压强降 (9)6.1.2壳程压强降 (9)6.2传热能力核算 (10)6.2.1 管程传热膜系数 (10)6.2.2 壳程流体传热膜系数 (11)6.2.3 污垢热阻 (12)6.2.4 总传热系数 (12)6.2.5 安全系数 (12)第7章换热器主要结构尺寸和计算结果表 (13)参考文献 (14)致谢 (14)第1章 设计任务书1.1设计条件1、设备处理量16000kg/h2、煤油：入口温度140°C ，出口温度50°C3、冷却水：入口温度30°C ，出口温度40°C4、热损失可忽略。

两则污垢热阻分别为W C m Rs /0017.020 ⋅= W C m Rs i /0034.02 ⋅=5、壳程压降不大于30KPa6、初设K=290w/(m2c)1.2 设计要求1.设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。

2.根据所选换热器画出设备装配图。

第2章 确定设计方案2.1 选择换热器的类型由于温差较大和要便于清洗壳程污垢，对于油品换热器，初步确定选用浮头式换热器。

采用折流挡板，可使作为被冷却的煤油易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。

2.2 流程安排煤油黏度较大，走壳程在较低的Re 数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数，煤油可利用外壳向外散热，增强冷却效果。

第3章 主要物性参数3.1设计条件由设计任务书可得设计条件如下表：注：要求设计的换热器在常压下操作。

3.2 确定主要物性数据3.2.1 定性温度的确定煤油的进出口温度分别为140°C、50°C；水的进出口温度30°C、40°C。

可取流体进出口温度的平均值。

管程水的定性温度为：3524030=+=T ℃ 壳程煤油的定性温度为：95250140=+=t ℃ 3.2.2 流体有关物性数据根据由上面两个定性温度数据，查阅参考书可得煤油和水的物理性质。

可得壳程和管程流体的有关物性数据。

第4章 估算传热面积4.1 热流量换热器的热负荷是指在确定的物流进口条件下，使其达到规定的出口状态，冷流体和热流体之间交换的热量，或是通过冷、热流体的间壁所传递的热量。

对无相变的工艺物流，换热器的热负荷由下式确定：)(21T T c W Q ph h -=式中 Q —— 热负荷，h kJh W —— 流体的流率，h kgc ph—— 流体热容，c kg kJ1T 、2T ——流体的入口、出口温度，℃故W Q 9200003600/)50140(103.2160003=-⨯⨯⨯=4.2 冷却水流量)(/12t t c Q W pc C -=式中 C W —— 冷却水流量，h kgcpc—— 水的热容，c kg kJ2t 、1t —— 流体的入口、出口温度，℃故h Kg W C /79102)3040(10187.436009200003=-⨯⨯⨯=4.3 平均传热温差平均传热温差是换热器的传热推动力。

其值不但和流体的进出口温度有关，而且还与换热器内两种流体的流行有关。

平均传热温差可用换热器的两端流体温度的对数平均温差表示，即：1212ln 't t t t t m ∆∆∆-∆=∆ 式中 'm t ∆—— 逆流时的对数平均传热温差 t 1∆——t 1∆=t T 12-t 2∆——t 2∆=t T 21-故求得7.49305040140ln )3050()40140(ln'1212=-----=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ℃ 而 09.03014030401212=--=--=t T t t P 93040501401221=--=--=t t T T R 查图4-19，得 9.0=∆t ϕ所以 73.447.499.0'=⨯=∆⋅=∆∆m t m t t ϕ℃ 其中，'m t ∆——逆流时的对数平均传热温差，℃m t ∆——折流时的对数平均传热温差，℃t ∆ϕ——温度差校正系数，量纲为14.4 估算传热面积由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。

初步设定设K 0=290 W·m -2·℃-1。

则估算的传热面积为：292.7073.44290920000m t K Q S m =⨯=∆=据此，由换热器系列标准选定下述型号的换热器实际传热面积 2039.68)1.05.4(025.014.3198m dl n S =-⨯⨯⨯==π若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为)/(7.30073.4439.68920000200C m W t S Q K m ⋅=⨯=∆=第5章 工程结构尺寸5.1计算壳体厚度 壳体厚度按以下公式计算：C PcPcDid t+-=ϕσδ][2 取设计压力MPa Pc 6.1= ,设计温度150℃ ，材料选取Q235-A,标号GB3274，查表得MPa t 113][=σ筒体纵、环焊缝均为全焊透双面对接焊接，局部无损探伤 5.80=ϕ ≥δmm Pc PcDi t.05.61-5.801132600.61][2=⨯⨯⨯=-ϕσ 腐蚀余量mm C 12= 计算壁厚为：mm PcPcDid t.061][2=+-=ϕσδ d δ在6.0—7.0之间，查表得mm C .601=名义壁厚为：mm C d n 81=∆++=δδ5.2 封头的选择选取椭圆形封头，mm Dg 600= ，mm h 1501= ，直边高度mm h 252= 内表面积为：0.4362m ， 容积 0.03523m ，材料Q235-A ,重量：28.3㎏5.3 垫圈的选择5.4 接管5.4.1壳程流体进出口接管取接管内液体流速s m u /8.01=， 则接管内径为：8.014.30055.04411⨯⨯==u vD π=0.089(m)可选取接管Φ133×4mm ，长150mm 的两个5.4.2 管程流体进出口接管取接管内液体流速s m u /8.12=mm u v D 125.8114.322.004422=⨯⨯==π 可选取接管Φ133×4mm ，长150mm 的两个5.5 法兰5.5.1 壳体法兰壳体法兰用甲型平焊容器法兰JB1158-73,各参数如下：MPa P N .61= ,材料16Mn5.5.2 管法兰选择管法兰根据公称直径与公称压力选用板式平焊钢制管法兰HG20593-97 SO150-2.5RF 16Mn钢制管法兰（HGJ45-91）5.6 支座的选用F材料，采用鞍式支座 Dg600AJB1167—73，尺寸查阅《化工设备设计手册》选用A3为：第6章 换热器核算6.1 核算压强降6.1.1管程压强降p t i N F P P P ⋅∆+∆=∆∑)(21 4.1=tF ，2=p N管程流通面积 2220311.0219802.044m N n d A p i i =⨯⨯=⋅=ππs m A V u i s i /71.00311.0994360079102=⨯⨯==1941510727.099471.002.0Re 3=⨯⨯⨯=⋅⋅=-μρi i i u d 取相对粗超度为.10=ε，05.0201.0==id ε查莫狄图得036.0=i λ Pa u d l p 2029271.099402.05.4036.02221=⨯⨯⨯==∆ρλPa u p r 6.751271.09943222=⨯⨯==∆ρξ总压降：Pa P i778624.1)6.7512029(=⨯⨯+=∆∑＜30KPa （符合设计要求）6.1.2壳程压强降s s N F p p p)('2'10∆+∆=∆∑其中，15.1=s F 1=s N 2)1(200'1u N n Ff p B c ρ+=∆管子为正方形斜转45°排列，F=0.4 1719819.119.1=⨯==n n c取折流挡板间距h=0.15m29115.05.41=-=-=h L N B壳程流通面积 2000263.0)025.0176.0(15.0)(m d n D h A c =⨯-=-= 46731091.081021.0025.0Re 3000=⨯⨯⨯==-μρu d >500 728.046730.5Re 0.5228.0228.000=⨯==--f所以 Pa p 2652221.0810)129(17728.04.0'21=⨯⨯+⨯⨯⨯=∆ Pau D h N p B 1554221.0810)6.015.025.3(292)25.3(220'2=⨯⨯⨯-⨯=-=∆ρPa p483715.1)15542652(0=⨯+=∆∑<30KPa 符合要求经过上述计算，管程、壳程压强降都符合设计要求6.2 传热能力核算6.2.1 管程传热膜系数管程为流体无相变传热，则通常情况下用下式计算：4.08.0Pr Re 023.0ii ii d ⨯⨯⨯=λα式中，λ—— 壳程流体的导热系数，w/(m2c)e d —— 当量直径，mi Re —— 管内流动雷诺系数，Pr —— 普兰特准数，取定性温度下得值，19415Re =i)/(365186.41941502.0626.0023.0Pr Re 023.086.4626.010727.010187.4Pr 24.08.04.08.033C m W d c ii ii p i ⋅=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯==⨯⨯⨯==-λαλμ6.2.2 壳程流体传热膜系数14.03/155.000)()()()(36.0wp e ec ud d μμλμμρλα⋅= 式中 λ—— 壳程流体的导热系数，w/(m 2c)e d —— 当量直径，mRe 0—— 管外流动雷诺系数，Pr —— 普兰特准数，取定性温度下得值，μ —— 流体定性温度下的粘度，Pa ·sw μ—— 流体在壁温下的粘度，Pa ·s 取列管的中间距t=32mm,则流体通过管间最大截面积为1.1613.01091.0103.2Pr 67291091.081028.0027.0Re 027.0025.0)025.04032.0(4)4(4/28.00197.08103600160000197.0)032.0025.01(6.015.0)1(33030022020200=⨯⨯⨯===⨯⨯⨯===⨯⨯-⨯=-==⨯⨯===-⨯=-=--λμμρππππp e e s c u d m d d t d sm A V u t d hD A取95.014.0=）（wμμ所以 )/(53095.0)1.16()6729(027.013.036.0023/153.00C m W ⋅=⨯⨯⨯⨯=α 6.2.3 污垢热阻管内外污垢热阻分别为：WC m Rs WC m Rs i /00017.0/00034.0202 ⋅=⋅=6.2.4 总传热系数ii i id d d d Rs Rs K αα0000011+++==20365125202500034.000017.053011⨯+⨯++ = )/(3542C m W ⋅由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过程的总传热系数为)/(.73002C m W ⋅,在规定的条件下，计算出的0K 为)/(3542C m W ⋅,故所选择的换热器是合适的。