油冷却器课程设计解读

化工原理课程设计

煤油冷却器的设计

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xx年xx月

摘要

本设计的任务就是完成一满足生产要求的列管式换热器的设计和选型。

本设计的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其他尺寸或选择换热器的型号。由总传热速率方程可知，要计算换热面积，得确定总传热系数和平均温差。由于总传热系数与换热器的类型、尺寸、流体流到等诸多因素有关，----而平均温差与两流体的流向、辅助物料终温的选择有关，因此管壳式换热器设计和选型需考虑许多问题。通过多次核算和比较，设计结果如下：带膨胀节的固定管板式换热器，选用φ25Χ2.5的碳钢管，换热面积为131.4 m2，且为双管程单壳程结构，传热管排列采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。管数为300，管长为6m，管间距为32mm，折流板形式采用上下结构，其间距为150mm，切口高度为25%，壳体内径为700mm，该换热器可满足生产需求。

Abstract

The task of this design is to complete a meet the production requirements of shell

and tube heat exchanger design and type selection. The total heat transfer rate

equation shows that to calculate heat transfer area, you must determine the total heat

transfer coefficient and the mean temperature difference. Through the repeated calculation and comparison, design results are as follows. Fixed tube plate heat exchanger with expansion joint, Select phi25

25 carbon steel pipe, heat transfer area

of 131.4 square meters, And for the tube side shell side of the single structure, the

pipe arrangement method, namely each way are sorted by regular triangle, diaphragm

use square is arranged on both sides. Pipe number is 300, the length is 6 meters, tube

spacing is 32 mm, baffle plate form adopts up and down structure, the spacing is 150

mm, incision height was 25%, the shell inside diameter is 700 mm, the heat exchanger

can meet the production requirements.

目录

前言 (4)

第1章文献综述 (5)

1.1 换热器分类 (7)

1.2 列管式换热器的类型 (8)

1.3 列管式换热器的结构 (9)

1.3.1 管程结构 (9)

1.3.2 壳程结构 (10)

第2章设计方案确定 (14)

2.1设计任务及操作条件 (15)

2.1.1 设计方案的确定 (17)

2.2 设计步骤 (17)

2.2.1 非系列标准换热器的一般步骤 (17)

第3章设计计算 (18)

3.1 确定设计方案 (18)

3.2 确定物性数据 (18)

3.3 计算总传热系数 (18)

3.4 计算传热面积 (23)

3.5 工艺结构和尺寸 (23)

3.6 换热器核算 (25)

第4章设计全部参数 (30)

设计小结 (31)

参考文献 (32)

附表 (33)

附录 (34)

前言

热交换器，简称换热器，是在不同温度的流体间，进行传递热能的装置。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机及在节约能源上研究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化传热原件诞生了。这对提高能量的利用效率有着很大的促进作用，对社会效益非常显著，从另一方面大大缓解了能源的紧张状况。

在化工厂的建设中，换热器通常约占总投资的11%；在现代石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的40%左右。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。

列管式换热器的应用已具有很悠久的历史。现在，它被当作一种传统的标准换热器设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热器中，列管式换热器仍处于主导地位。同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量地应用于工业中。本文主要是对列管式换热器的设计和运用进行介绍。

设计任务书

设计任务及操作条件

（1）处理能力 19.8 104t/a煤油

（2）设备形式列管式换热器

（3）操作条件

①煤油：入口温度140℃，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煤油定性温度下的物性数据：

密度：ρc＝825kg/m3

黏度：μc＝0.000715Pa﹒s

定压比热容：Cpc＝2.22kJ/(kg﹒℃）

热导系数：λc＝0.14W/(m﹒℃)

⑤每年按330天计，每天24小时连续运行。

（4）建厂地址天津地区

设计要求：

选择适宜的列管式换热器并进行核算。

第1章设计综述

1.1换热器分类

换热器是许多工业部门的通用设备。根据不同的目的不同，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。根据冷、热流体热量交换的方式，换热器可以分为以下三大类：

⑴直接接触式换热器这类换热器的主要工作原理是两种介质接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热。这类换热器的介质通常是一种是气体，另一种为液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口味塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。

⑵蓄热式换热器蓄热式换热器主要由对外充分隔热的蓄热室构成，室内装由热容量大的固定填充物。热流体通过蓄热室时将冷的填充物加热，当冷流体通过时则将热量带走。热、冷流体交替通过蓄热室，利用固体填充物来积蓄或放出热量而达到热交换的目的。蓄热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的利用或冷却。其缺点是设备体积较大，过程是不定常的交替操作，且不能完全避免两种流体的掺杂。所以这类设备化工上用的不多。

⑶间壁式换热器其特点是在冷、热流体之间用以金属壁（或石墨等导热性能良好的非金属壁）隔开，使两种流体在不发生混合的情况下进行热量传递。从传热的基本特征分类，间壁式换热器可分为管式和板式。其中包括夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、列管式换热器以及其他高效换热器。

1.2 列管式换热器的类型

⑴固定管板式换热器

固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构是壳侧清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洗的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生介质的泄露。为此在外壳上焊以膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。由此可见，这种换热器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。