煤油冷却器的设计

化工原理课程设计

煤油冷却器的设计

生命科学学院

班级：应用化学131

姓名：邱俊杰

学号：2013034128

一、摘要

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少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，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。

衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。

目录

一、概述 (1)

二、换热器设计计算 (2)

2.1确定设计方案 (2)

2.1.1选择换热器的类型 (2)

2.1.2流体流径的选择 (2)

2.2确定物性的参数 (3)

2.3估算传热面积 (3)

2.3.1热流量 (3)

2.3.2平均传热温差 (4)

2.3.3传热面积 (4)

2.3.4冷却水用量 (4)

2.4工艺结构尺寸 (4)

2.4.1管径和管内流速 (4)

2.4.2管程数和传热管数 (4)

2.4.3平均传热温差校正及壳程数 (5)

2.4.4传热管排列和分程方法 (5)

2.4.5壳体内径 (5)

2.4.6折流板 (6)

2.4.7接管 (6)

2.5换热器核算 (6)

2.5.1热流量核算 (6)

2.5.1.1壳程表面传热系数 (6)

2.5.1.2管内表面传热系数 (7)

2.5.1.3污垢热阻和管壁热阻 (8)

2.5.1.4计算传热系数K C (8)

2.5.1.5换热器的面积裕度 (9)

2.5.1.5换热器壁温核算 (9)

2.5.3换热器内流体的流动阻力 (10)

2.5.3.1管程流体阻力 (10)

2.5.3.2壳程阻力 (11)

2.5.4换热器主要结构尺寸和计算结果 (12)

三、设计自我评价 (13)

四、参考资料 (13)

五、主要符号说明 (14)

一、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

换热器两端的管板，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。

特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍。

二、换热器设计计算

2.1确定设计方案

2.1.1选择换热器的类型

本次设计为煤油冷却器的工艺设计，工艺要求：

煤油（热流体）的入口温度：140℃; 出口温度：40℃。

采用海水作为冷却剂降低热的没有温度，

冷却水的入口温度:25℃。选定冷却水的出口温度35℃。

根据间壁式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，因为温差较大，故因选用浮头式换热器。

2.1.2流体流径的选择

根据流体流径选择的基本原则，海水易结垢，而浮头式换热器的壳程不易清洗，且海水的推荐流速大于煤油的推荐流速，故选择海水为管程流体，煤油为壳程流体。

2.2确定物性参数

定性温度：可取流体进口温度的平均值。

煤油的定性温度为：

902

40140=+=h T （℃）

海水的定性温度：

302

3525=+=c T (℃)

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

2.3、估算传热面积 2.

3.1热流量

)40140(22.243056-⨯⨯=∆=Φh ph h t C m

6

10558.9⨯= )(h kJ

2655= )(kw

2.3.2平均传热温差