列管式煤油冷却器的设计说明书

工业大学

化工原理课程设计说明书

设计题目列管式煤油冷却器的设计

学生继强

学生学号

同组学生祝尚宋响亮邓威

指导老师亚中

学院医学工程学院

专业班级制药工程12-2班

完成时间 2014年3月27日

设计任务书

一设计题目：列管式煤油冷却器的设计

二设计任务及操作条件

1. 处理能力：10万吨/年煤油

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：自来水.入口温度30℃.出口温度40℃

（3）允许压强降：不大于1000kPa

（4）煤油定性温度下的物性数据：密度 825kg/m3.黏度 7.15*10-4Pa.s .比热容 2.22kJ/(kg.℃) .导热系数 0.14W/（m.℃）

（5）每年按330天计.每天按24小时连续运行

4. 提交文件

（1）设计说明书一份

（2）A3工艺流程图一

（3）A1换热器装配图一

《化工原理》课程设计成绩评定表

说明: 评定成绩分为优秀(90-100).良好(80-89).中等(70-79).及格（60-69）和不及格(<60)。

第一章绪论

1.1换热器的概述

换热器是许多工业生产中常用的设备.尤其是石油、化工、制药生产应用更为广泛。在化工厂中换热器可用做加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、和再沸器等。换热器类型众多.性能各异.各具特点.可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。进行换热器的设计.首先是根据工艺要求选用适当的类型.同时计算完成给定生产任务所需的传热面积.并确定换热器的工艺尺寸。

1.2 换热器的分类

换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛.其中管壳式换热器的分类见表1-1[1]。

表1-1 管壳式换热器的结构分类

1.3列管式换热器

列管式换热器（tubular exchanger）是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 .可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。

在进行换热时.一种流体由封头的连结管处进入.在管流动.从封头另一端的出口管流出.这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入.从壳体上的另一接管处流出.这称为壳程列管式换热器。

1.4固定管板式换热器

固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单.运用比较广泛。固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备.是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右.占总投资的30%-45%。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。

固定管板式换热器的特点是：（1）旁路渗流较小；（2）锻件使用较少.造价低；（3）无；（4）传热面积比浮头式换热器大20%～30%。

固定管板式换热器的缺点是：（1）壳体和管壁的温差较大.壳体和管子壁温差t≤50℃,当t≥50℃时必须在壳体上设置膨胀节；（2）易产生温差力.管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（3）壳程无法机械清洗；（4）管子腐蚀后连同壳体报废.设备寿命较低。

1.4设计要求

完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求[4]：

（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。

（2）在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时.应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。根据需要可添置气液排放口.检查孔与敷设保温层。

（3）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间（通常1年的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。在设计或选型时.如果有几种换热器都能完成生产任务的需要.这一标准就尤为重要了。

1.5 设计的目的和意义

通过设计把在“过程设备”及其它相关课程(机械制图、金属材料、化工原理等)中所学的理论知识在具体工作中综合地加以应用.达到了理论知识和实践密切结合的目的。其次.在设计过程中.我们可以接受到必备的基本工程技能系统训练.能够熟练地应用计算图表、手册、规和AutoCAD制图.能熟悉有关国家标准和部颁标准(如GB、HG等)等。

1.6设计的方法和步骤

本次设计主要是进行换热器的工艺计算.结构设计和强度校核.主要步骤有：（1）工艺计算；（2）估算传热面积；（3）工艺结构尺寸；（4）换热器热量核算；（5）结构设计；（6）确定筒体径；（7）确定管箱结构；（8）确定管板结构；（9）选择鞍座结构；（10）强度校核；（11）给出制造安装的原则和要求。

第二章

2.1 设计任务和操作条件

1.处理能力：10万吨/年煤油

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：自来水.入口温度30℃.出口温度40℃

(3) 允许压强降：不大于100 kPa

4) 煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3.黏度7.15×10-4Pa.s.比热容2.22kJ/(kg.℃).导热系数0.14W/(m.℃)

(5) 每年按330天计.每天24小时连续运行

2.2 确定设计方案

2.2.1 选择换热器的类型

两流体温的变化情况：热流体进口温度140℃.出口温度40℃；冷流体进口温度30℃.出口温度为40℃.该换热器用循环冷却水冷却.初步确定选用固定管板式换热器。

2.2.2 流程安排

由于循环冷却水较易结垢.若其流速太低.将会加快污垢增长速度.使换热器的热流量下降.并且粘度大的流体应走壳程.因为壳程的流体在折流挡板的作用下.流通截面和方向都不断变化.在较低的雷诺数下就可达湍流状态。所以从总体考虑.应使循环水走管程.煤油走壳程。选用Φ25mm×2.5mm的碳钢管.管流速取u=1.25m/s

2.3 确定物性数据

定性温度：对于一般油类和水等低黏度流体.其定性温度可取流体进出口温度