化工原理课程设计煤油冷却器的设计

固定管板式换热器设计任务书

一、设计题目：煤油冷却器的设计（6人/组）

二、设计任务

1.煤油处理能力：12万吨/年煤油

2.设备形式：固定管板式换热器

3.操作条件：

①煤油：入口温度120℃，出口温度40℃

②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃

③允许压降：不大于105Pa

④每年按330天计，每天24小时连续运行

三、设计要求

1.根据换热任务设计确定设计方案

2.初步确定换热器的结构和尺寸

3.核算换热器的传热面积和流体阻力

4.确定换热器的工艺结构

5.进行设备结构图的绘制（A1图纸）

6.编写设计说明书

7.小组组员分工合作。

目录

一、概述 (4)

1.换热器的选择及特点 (4)

2.通过壳程、管程流体的确定 (4)

3.流速的确定 (5)

4.管子的规格和排列方法 (5)

5.管程和壳程数的确定 (6)

6.折流挡板 (6)

7.最后材料选用 (6)

8.其他构件的选用 (6)

二、确定设计方案 (7)

三、确定物性数据 (7)

四、计算总传热系数 (8)

1.热流量 (8)

2.平均传热温差 (8)

3.冷却水用量 (8)

4.总传热系数K (8)

五、计算传热面积 (10)

六、工艺结构尺寸 (10)

1.管径和管内流速 (10)

2.管程数和传热管数 (10)

3.平均传热温差校正及壳程数 (11)

4.传热管排列和分程方法 (11)

5.壳体内径 (11)

6.折流板 (12)

7.接管 (12)

七、换热器计算 (13)

1.热量核算 (13)

（1）壳程对流传热系数 (13)

（2）管程对流传热系数 (14)

（3）传热系数K (14)

（4）传热面积S (15)

2.换热器内流体的流动阻力 (15)

（1）管程流动阻力 (15)

（2）壳程阻力 (16)

八、换热器主要结构尺寸和计算结果 (17)

膨胀节 (17)

壳体壁厚 (18)

封头设计 (18)

鞍座 (18)

拉杆的直径和数量 (18)

九、设计小结 (18)

十、文献参考 (19)

十一、主要符号说明 (19)

十二、附录 (21)

表1.流体的污垢热阻 (21)

表2.流体的污垢热阻 (21)

表3. 管壳式换热器中常用的流速范围 (21)

表4.某些工业管材的绝对粗糙度 (21)

表 (22)

表6.拉杆直径的选取 (22)

表7.拉杆数量 (22)

ϕ (23)

图1.对数平均温差校正系数t∆

λ-关系 (24)

图2.Re

一、概述

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中的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，冷流体走管程，热流体走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。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，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。

1.换热器的选择及特点

在设计任务书中，老师已明确的给出换热器是固定管板式。经查阅资料，固定管板式具有以下特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的流体，比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。该换热器用循环水冷却，其进口温度为30℃，出口温度为40℃；热流体煤油的进口温度为120℃，出口温度为40℃。冬季操作时进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用不带膨胀节的固定管板式换热器

2.通过壳程、管程流体的确定

通过壳程、管程流体的确定应根据以下原则：(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。

(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在

有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。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。

3.流速的确定

增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管内流速s m u i /0.1 。

4.管子的规格和排列方法

选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。在这里，我们选择列管式换热器系列标准中的φ25×管子。管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m ，则合理的换热器管长应为、2、3或6m 。此外，管长和壳径应相适应，一般取l/D 为4～6(对直径小的换热器可大些)。在这次设计中，管长选择6m 。

管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等。等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。在这里选择等边三角形排列。