换热器装备图资料

重庆理工大学

目录

一.前言 (2)

二.任务书 (3)

2.1 设计题目 (3)

2.2 设计任务及操作条件 (3)

2.3 原始数据 (3)

三.方案的设计和选型 (4)

3.1 选择换热器的类型 (4)

3.2 流体流径的选择 (4)

3.3 流体流速的选择 (4)

3.4 管子的规格和排列方式 (4)

3.5 管程和壳程数的确定 (5)

3.6 折流挡板 (5)

3.6 外壳直径的确定 (5)

四.设计尺寸的计算 (5)

4.1确定设计方案 (5)

4.2 工艺结构尺寸 (6)

4.3 核算压力降 (8)

4.4 核算总传热系数 (9)

五.主要附件的设计 (11)

六.设计结果汇总表及符号说明表 (12)

6.1换热器设计规格尺寸一览表 (12)

6.2主要符号说明表(公式中出现的字母) (12)

6.3公式中出现的希腊字母 (13)

七.参考文献 (14)

八.总结 (14)

一.前言

化工设计是一项把化工过程从设变成现实的一个建设环节；本次课程设计的工艺设备是普遍用于化工、炼油工业中的热交换器，即换热器。它被广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门，是工业中重要的单元设备；在化工厂中，换热器的费用约占总费用的10%-20%，并且超过80%的热能交换都要用到换热器，因此，设计和选择使用高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。

管壳式换热器是目前化工生产上应用最为广泛的一种换热器。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积(40～150 m2Pm3 ) 大且传热效果好。此外,结构简单,制造材料也较为广泛,适应性强,尤其是在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。其类型按结构特点分类主要有以下几种：

1.固定管板式换热器

固定管板式换热器分为刚性结构的固定管板式和带膨胀节的固定管板式两种。换热器壳体和管束通过两端的管板刚性地连在一起。

优点：换热器结构简单、造价低，每根管子都能单独更换，管内便于清洗

缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在。当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。

固定管板式换热器适用于壳程介质清洁、不易结垢、温差不大和壳程压力不高的场合。

2.浮头式换热器

浮头式换热器中只有一块管板与壳体刚性固定在一起，另一端的管板可在壳体内自由移动。管束和壳体在不同温度下膨胀自由，互不牵连。

优点：这种换热器消除了温差应力的影响，可用于温差较大的两种介质的换热。管程和壳程均能承受较高的介质压力。管束可从壳程一端抽出，壳程与管程的清洗很方便。

缺点：由于换热器管束与壳程之间存在较大的环隙，设备的紧凑性差，传热效率较低。结构复杂，浮头部分由活动管板、浮头盖和勾圈组成，浮头处发生内漏不便检查。金属消耗量大，造价也较高。

3.U型管式换热器

换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。

优点：换热器结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。

缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效果。内层管子损坏后不易更换。

U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、高温、粘度较大的场合。

二.任务书

2.1 设计题目

用柴油预热原油的管壳式换热器

2.2 设计任务及操作条件

(1)、设计任务

处理能力：Wc=(31000+2307) kg/h=33307 kg/h

设备型式：管壳式

(2)、操作条件

原油：入口温度：t1=60℃

出口温度：t2=105℃

柴油：入口温度：T1=170℃

出口温度：T2

质量流量：Wh=(25000+1007) kg/h=26007 kg/h 允许压降：P

∆≤0.3×105 Pa

2.3 原始数据

物料

温度质量流

量

比热密度导热系数粘度入口出口

柴油170 26007 2.48 715 0.133 3

10

64

.0-

⨯

原油60 105 33307 2.20 518 0.128 3

10

0.3-

⨯

注：两侧污垢指数均为

三.方案的设计和选型

3.1 选择换热器的类型

该换热器使用柴油来冷却原油，由设计任务知热流体（柴油）和冷流体（原油）温差较大和要便于清洗壳程污垢，再根据可以完全消除热应力原则初步确定：浮头式换热器。

3.2 流体流径的选择

柴油温度高，走管程可以减少热损失；原油粘度较大，走壳程在较低的Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。

3.3 流体流速的选择

增加流体在换热器中的流速，将加大对流传质系数，使流体阻力增大，动力消耗增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能得出。本次设计中，根据换热器中常用的流速范围，选择管内流速u=1.0m/s。

3.4 管子的规格和排列方式

选择管径时，应尽可能使流速高，但一般不超过前面介质的流速范围。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标准中仅有Φ两种规格的管子。本次设计选择mm

5.2

Φ的管子。

25⨯

19⨯

25⨯

2

5.2

mm

Φ及mm

管长的选择是易清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，易弯曲。一般出厂的标准管长是6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3、或6m。此外，管长和壳径L/为4～6。

应适当，一般取D

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，本次设计选择正方形错列排布，是由于其具有便于清洗列管的外壁的优点，适用于壳程流体易产生污垢的场合。

管子在管板上排列的间距随管子与管板的连接方法不同而异。通常，焊接法取t=1.25d。即t=32mm。