柴油原油换热器工艺设计

设计题目：柴油-原油换热器工艺设计

1．设计任务书

设计题目

列管式换热器(原油预热器)的设计

操作条件

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×W，要求两侧的阻力损失均不超过5

3.0 Pa。

10

1、查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；

2、根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；

3、根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；

4、以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；

5、编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。

目录

1.概述 (3)

2.设计标准 (4)

3.方案设计和拟定 (5)

4.设计计算 (8)

确定设计方案 (8)

4.1.1 选择换热器的类型 (8)

4.1.2 流动空间及流速的测定 (9)

确定物性数据 (9)

计算总传热系数 (9)

4.3.1 热流量 (9)

4.3.2 平均传热温差 (10)

4.3.3总传热系数K (10)

计算传热面积 (11)

工艺结构尺寸 (11)

4.5.1管径和管内流速 (11)

4.5.2管程数和传热管数 (11)

4.5.3平均传热温差校正及壳程数 (11)

4.5.4传热管排列和分程方法 (12)

4.5.5壳体内径 (12)

4.5.6折流板 (12)

4.5.7接管 (13)

换热器核算 (13)

4.6.1热量核算 (13)

4.6.1.1壳程对流传热系数 (13)

4.6.1.2管程对流传热系数 (14)

4.6.1.3传热系数K (15)

4.6.1.4传热面积S (15)

4.6.2换热器内流体的流动阻力 (16)

4.6.2.1 管程流动阻力 (16)

4.6.2.2 壳程阻力 (16)

4.6.2.3 换热器主要结构尺寸和计算结果 (17)

5.参考文献 (18)

6.附录 (18)

7.设计小结 (25)

8．CAD图 (27)

1.概述

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。

在化工、石油、动力、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。

列管式换热器有以下几种：

1）固定管板式

固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。

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物料。

2）U形管式

U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。

特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。

3)浮头式

4)两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

5)特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。

2.设计标准

（1）JB1145-73《列管式固定管板热交换器》

（2）JB1146-73《立式热虹吸式重沸器》

（3）中华人民共和国国家标准.GB151-89《钢制管壳式换热器》.国家技术监督局发布，1989

（4）《钢制石油化工压力容器设计规定》

（5）JBT4715-1992《固定管板式换热器型式与基本参数》

（6）《容器、换热器专业设备简图设计规定》

（7）HG20519-92《全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》

（8）中华人民共和国国家标准 JB4732-95 《钢制压力容器—分析设计标准》

（9）中华人民共和国国家标准 JB4710-92 《钢制塔式容器》

（10）中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 《压力容器波形膨胀节》

3.方案设计和拟订

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浮头式换热器；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，柴油走管程，原油走壳程。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。

根据固定管板式的特点：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物料。U 形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。

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。我们选择柴油走管程，原油走壳程。

流体流速的选择：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 /0.11 。

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。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×及φ19×mm 两种规格的管子。在这里，选择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