煤油冷却器设计

课程设计报告

( 2016—2017年度第一学期)

名称：化工原理

题目：煤油冷却器的设计院系：环境科学与工程学院班级：能化1402

学号：************

学生姓名：***

指导教师：***

设计周数： 1

成绩：

日期：2016 年11月

目录

一．任务书

1.1目的与要求

1.2.主要内容

二．设计方案简介

2.1.换热器概述

2.2 列管式换热器

2.3.设计方案的拟定

三．工艺计算及主体设备设计

3.1热量设计

3.1.1.初选换热器的类型

3.1.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定

3.1.3.确定物性数据

3.1.

4.计算总传热系数

3.1.5.计算传热面积

3.2工艺结构设计

3.2.1管径和管内流速

3.2.2管程数和传热管数

3.2.3平均传热温差校正及壳程数

3.2.4传热管排列和分程方法

3.2.5折流板

3.2.6壳程内径及换热管选型汇总

3.3换热器核算

3.3.1热量核算

3.3.2压力降核算

四．辅助设备的计算及选型

4.1 封头

4.2 缓冲挡板

4.3 放气孔、排液管

4.4 假管

4.5 拉杆和定距管

4.6 膨胀节

4.7 接管

五．设计结果一览表

六．心得体会

七．参考文献

八．主体设备的工艺条件图

一．任务书

1.1 目的与要求

1. 要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成列管换热器设计任务。

2. 使学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

3. 熟悉和掌握查阅技术资料、国家技术标准，正确地选用公式和数据。

1.2 主要内容

1.2.1处理能力：25000kg/h 煤油

1.2.2设备型式：列管换热器

1.2.3操作条件：

煤油：入口温度：140℃出口温度：40℃

冷却介质：自来水入口温度：30℃出口温度：40℃

允许压强降：不大于100kPa

煤油定性温度下的物性参数：密度825kg/m3粘度7.15×10-4Pa·s

比热容2.22kJ/kg·℃导热系数0.14W/m·℃水定性温度下的物性参数：密度994kg/m3粘度7.28×10-4Pa·s

比热容4.174kJ/kg·℃导热系数0.626W/m·℃

1.2.4主体设备工艺条件图。

二．设计方案简介

2.1.换热器概述

在化工、石油、能源、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。

2.2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。

⑴固定板式换热器：

结构简单，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，使壳侧清洗困难。当管子与壳体壁温相差大于50°C时，应在壳体上设置温差补偿--膨胀节，依靠膨胀节的弹性变形可以减少温差应力。但是当壳体与管子的温差大于60°C及壳程压力超过6×105Pa时，由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿作用，就应考虑其他结构。

⑵U型管式换热器：

其结构特点是只有一个管板。换热管为U形，管束可以自由伸缩，当壳体与U型换热管有温差时，不会产生温差应力。密封面少，运行可靠，造价较低，管间清洗较方便。但是由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率低；管束最内层管间距较大，壳程易短路；内层管子坏了不能更换，因而报废率较高。一般用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢而管程介质清洁以及高温高压、腐蚀性强的场合。

⑶浮头式换热器：

当换热管与壳体有温差存在时，壳体与换热管膨胀，互不约束，不会产生温差应力，管内与管间的清洗均方便。但是由于结构复杂、笨重，造价较高，适用于壳体与管束间温差较大，或壳程介质易结垢的场合。

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。任务书中已知冷热流体的物性数据，有比热容，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 。

三．工艺计算和主体设备设计

3.1热量设计

3.1.1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，考虑到这一因素， 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。

3.1.2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 =1.5m/s 。

列管式换热器内的适宜流速范围

3.1.3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：℃352

40

30=+=

t 根据定性温度，可分别查取壳程和管程流体的有关物性数据,但任务书已经给定了。