煤油卧式列管式冷却器的设计工程施工组织设计

煤油卧式列管式冷却器的设计

一、设计任务

1.处理能力：19.8×105t/a 煤油；

2.设备形式：卧式列管式换热器。 二、操作条件

1.煤油：入口温度140℃，出口温度40℃；

2.冷却介质：为循环水，入口温度30℃，出口温度40℃；

3.允许压降：不大于105Pa ；

4.煤油在定性温度下的物性数据

。，C W/m C kJ/kg s Pa kg/m 3︒⋅=︒⋅=⋅⨯==-140222，10157，8254.λ.c .μρp 5.每天按330天，每天按24小时连续运行。

三、设计要求

选择适宜的列管式换热器并进行核算。 附：煤油列管式冷却器的设计——工艺计算书

煤油卧式列管式冷却器的设计——工艺计算书

两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。

一、确定设计方案 （一）选定换热器类型

两流体温度变化情况：热流体（煤油）入口温度为140℃，出口温度为40℃；冷流体（冷却水）入口温度为30℃，出口温度为40℃。

两流体的定性温度如下：

煤油的定性温度()C 90240140=+=/T m 冷却水定性温度()C 3524030=+=/t m

两流体的温差C 553590=-=-m m t T ，（>50℃，<70℃） 因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的列管式换热器

（二）选定流体流动空间及流速

因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，煤油走壳程。同时选用5225.Φ⨯的碳钢管，管内流速取50.u i =m/s （若按常用流速1.5m/s 计算，可以得出所需管程数为6，换热器小而管程数过多使换热器结构变得复杂，而且动力消耗增大，设计时不能按教科书按部就班）。

二、确定物性数据

查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据如下表

三、计算总传热系数

（一）计算热负荷（热流量）

按管间煤油计算，即

()()()[]

()W 63721111054140140102223600

2433010819⨯=-⨯⨯⨯⨯⨯=-=../.T T c W Q p （二）冷却用水量

忽略热损失，则水的用量为

()()kg/s 93363040101744105413

6

122...t t c Q W p =-⨯⨯=-= （三）计算逆流平均温度差

逆流温差()()()()[]

C 40-140ln 09393040304040140./t Δ,m =----=

逆 （四）总传热系数K

1.管程给热系数

1000013654000728

0994

50020>=⨯⨯==

...μρu d Re i i i i ，故采用下式计算i α C

W/m 2︒⋅=⨯⨯⨯=⎪

⎭

⎫

⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛=7275388121320333310230626000072804174000728099450020002006260023002304

0804

08

0.............λμc μ

ρu d d λ

.α...p .i i

i i i

i

i

2.壳程给热系数

假设壳程给热系数C W/m 2︒⋅=290o α 3.污垢热阻

C/W

m C/W m 2

2︒⋅=︒⋅=0001720000420.R .R so si

4.管壁的导热系数

碳钢的导热系数C W/m ︒⋅=45λ。 5.总传热系数

290

1

000172002250450250002500200025000042002007275302501

1

1

+

+⨯⨯++⨯=

++++=

..........αR d λbd d d R d αd K o

so m o i o si i i o

C W/m 2︒⋅=++++=

5214003448

000017200000620000525000045401

......

四、估算传热面积

2m 718309

395214105416

....t ΔK Q S ,m =⨯⨯=='逆

考虑15%的面积裕度，2

m 22117183151151...S .S =⨯='=

五、工艺结构尺寸

1.管径和管内流速

选用5225.Φ⨯的碳钢换热管，管内流速m/s 50.u i = 2.管程数和传热管数

根据传热管内径和流速确定单程传热管数

23762365

00207850994

93364

2

2≈=⨯⨯=

=

..../.u d πV n i i s （根） 按单管程计算所需换热管的长度

m 411025

01432372

211....d πn S L o s =⨯⨯==

按单管程设计，传热管过长，现取传热管长m 6=l ，则该换热器的管程数为

26

411≈==

.l L N p （管程） 传热管的总根数4742237=⨯=N （根） 3.平均传热温差校正及壳程数

0130

4040

140091030

14030

4012211112=--=--=

=--=--=

t t T T R .t T t t P

按单壳程双管程结构，查单壳程R P φ--图，因091010.P R ==，在图上难以读取，因而相应以

R /1代替R ，PR 代替P ，查同一图线得820.φ=。于是C 0532*******...t Δ=⨯=。

单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算平均温度差

()

(

)

()

()

()()

232110101091

021

101010910230401101121

1212

2

22

2

122...ln

R R P R R P ln

t t R t Δm =+++-+-+--+=++

+-+-+--+=

℃

现对上述查图方法进行说明。对于1-2折流有：

()(

)

1

121

121111222+++-+-+----+=

R R P R R P ln /PR P ln R R φ

令R /R 1='，PR P ='，则R /R '=1，R P P ''=。将R 、P 以R P ''、代入上式得