煤油换热器的设计方案elkz.docx

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1、化工原理理课程设设计设计题目目：用水水冷却煤煤油产品品的列管管式换热热器的设设计设计者：班级：指导教师师：设计成绩绩：计算说明明书图纸纸总分日 期：设计任务务书一、设计计题目：用水冷冷却煤油油产品的的列管式式换热器器的设计计二、设计计条件(1)煤煤油 处理量：16吨吨/小时时 进口温度度：1330 出口口温度：40 压强强降：1011.3kkPa(2)冷冷却水进口温度度：100-200 出出口温度度：300-400 压压强降：1001.33kPaa 三、设计计任务：(1)根根据设计计条件选选择合适适的换热热器型号号，并核核算换热热面积、压压力降是是否满足足要求，并并设计管管道与壳壳体的连连接，

2、管管板与壳壳体的连连接、折折流板等等。(2)绘绘制列管管式换热热器的装装配图。(3)编编写课程程设计说说明书。目录一、设计计条件44二、设计计说明书书41、设计计原则：4（1）满满足工艺艺和操作作的要求求4（2）满满足经济济上的要要求4（3）保保证安全全生产442、设计计题目及及原始数数据53、论述述换热器器总体结结构(换热器器型式、主主要结构构)的选择择53.1管管束及管管壳分程程53.2传传热管553.3管管子布置置53.4管管板63.5管管子与管管板的连连接63.6管管板与壳壳体的连连接63.7折折流板663.8壳壳体直径径及厚度度73.9管管子在管管板上的的固定方方法73.100主要附

3、附件73.111材料选选用74、换热热器加热热过程有有关计算算(物料衡衡算、热热量衡算算、传热热面积、换热管型号、壳体直径等)；84.1初初算传热热面积884.2计计算换热热器的概概略尺寸寸84.3流流体定性性温度的的确定994.4总总传热系系数K的计算算94.5管管壁温度度114.6压压力损失失计算1115、设计计结果概概要(主要设设备尺寸寸、衡算算结果等等)136、参考考文献1147、设计计评述114一、 设设计条件件1处理能能力 116吨/小时2.设备备型式列列管式换换热器3.操作作条件（1）煤煤油：入入口温度度1300，出出口温度度40（2）冷冷却介质质：自来来水，入入口温度度1020

4、，出出口温度度3040（3）允允许压强强降：小小于1001.33kPaa4.设计计项目（1）设设计方案案简介：A选择择换热器器的类型型：两流体体温的变变化情况况：热流流体进口口温度1130出口温温度400；冷流流体进口口温度110，出出口温度度为300，该该换热器器用循环环冷却水水冷却，初初步确定定选用列列管式换换热器。B管程程安排：从两物物流的操操作压力力看，应应使煤油油走管程程，循环环冷却水水走壳程程。但由由于循环环冷却水水较易结结垢，若若其流速速太低，将将会加快快污垢增增长速度度，使换换热器的的热流量量下降；又被冷冷却的流流体宜走走壳程，便便于散热热。所以以从总体体考虑，应应使循环环水走

5、管管程，煤煤油走壳壳程。（2）根根据设计计条件选选择合适适的换热热器型号号，并核核算换热热面积、压压力降是是否满足足要求，并并设计管管道与壳壳体的连连接，管管板与壳壳体的连连接、折折流板等等。（3）绘绘制列管管式换热热器的装装配图。二、设计计说明书书1、 设计原则则：（1）满满足工艺艺和操作作的要求求设计出来来的流程程和设备备首先要要保证质质量，操操作稳定定，这就就必须配配置必要要的阀门门和计量量仪表等等，并自自确定方方案时，考考虑到各各种流体体的流量量，温度度和压强强变化使使采取什什么措施施来调节节，而在在设备发发生故障障时，加加修应方方便。（2）满满足经济济上的要要求在确定某某些操作作指标

6、和和治标和和选定设设备型式式以及仪仪表配置置时，要有经经济核算算的观点点，既能满满足工艺艺和操作作要求，又使施施工简便便，材料来来源容易易,造价价低廉。如如果有废废热可以以利用，要尽量量节省热热能，充分利利用，或者采采取适当当的措施施达到降降低成本本的目的的。（3）保保证安全全生产在工艺流流程和操操作中若若有爆炸炸、燃烧烧、中毒毒、烫伤伤等危险险性,就就要考虑虑必要的的安全措措施。又又如设备备的材料料强度的的演算，除按规规定应有有一定的的安全系系数外，还应考考虑防止止由于设设备中压压力突然然升高或或者造成成真空而而需要装装置安全全阀等。以以上提到到的都是是为了保保证安全全生产所所需要的的。设计

7、计方案也也可能一一次定不不好，后来需需要修改改，但各物物料流通通路线和和操作指指标的改改动都对对后面的的计算有有影响，所以最最好第一一次确立立就考虑虑周到些些。2、 设计题目目及原始始数据设计一处处理量为为 166吨/小小时煤油油的列管管式换热热器，煤煤油入口口处温度度为1330，出口口温度为为40。冷却却水的入入口处温温度为11020，出口口温度33040，允许许压强降降：小于于1011.3kkPa。煤油流量量为3、 论述换热热器总体体结构(换热器器型式、主主要结构构)的选选择换热器的的结构设设计包括括：管子子在管板板上的固固定，是是否需要要温差补补偿装置置的设计计，管板板的强度度，管板板与

8、壳体体的连接接结构，折折流板与与隔板的的固定，盖盖板与法法兰的设设计，个个部件的的公差及及技术条条件等。3.1管管束及管管壳分程程3.1.1管束束分程为了解决决管束增增加引起起管内流流速及传传热系数数的降低低，可以以将管束束分程。在在换热器器的两端端的管箱箱中安置置一定数数量的隔隔板，一一般每程程中管束束大致相相等。注注意温差差较大的的流体应应避免紧紧邻以免免引起较较大的温温差应力力。管束束分程应应优先考考虑偶数数管程，因因为从制制造、安安装、操操作的角角度来考考虑，偶偶数管程程有较多多的方便便之处。但但是管程程数不宜宜太多，否否则隔板板本身占占去相当当大的布布管面积积，且在在壳程中中形成旁旁

9、路，影影响传热热。2 13 45 63.1.2壳程程分程壳程分程程型式可可分为E型、FF型、GG型、HH型。他他们的不不同之处处在于壳壳侧流体体进出口口的位置置不同。同同时考虑虑到制造造上的困困难，一一般的换换热器壳壳程数很很少超过过2。3.2传传热管传热管采采用普通通钢管或或异形管管。光滑滑管常用用的规格格有199mm2mmm,25mmm2.55mm两两种。当换热热器的传传热系数数不是很很高时，为为了强化化传热，可可采用异异形管，如如翅片管管、螺纹纹管，其其都可以以显著提提高传热热膜系数数，但是是制造困困难，流流体流动动的阻力力提高。管管子的直直径与长长度的确确定与工工艺密切切相关，长长的选

10、择择应根据据我国现现有的管管长的规规格系列列(常有有3m 、6mm、9m)截截取时因因考虑管管材的合合理使用用，避免免浪费。3.3管管子布置置管子布置置应在换换热器的的截面上上均匀而而紧凑的的分布，此此外还有有考虑流流体的性性质和结结构设计计及制造造等方面面的问题题管于的排排列方式式有等边边三角形形和正方方形两种种，如图图(a)、图(b)所所示。与与正方形形相比，等等边三角角形排列列比较紧紧凑，管管外流体体湍动程程度高、表表面传热热系数大大。正方方形排列列虽比较较松散，传传热效果果也较差差，但管管外清洗洗方便，对对易结垢垢流体更更为适用用。如将将正方形形排列的的管束斜斜转455度安装装如图(c

11、)可可在一定定的程度度上提高高对流传传热系数数。3.4管管板管板用来来固定换换热管并并起着分分隔管程程、壳程程的作用用。管板型有有平管板板椭圆型型管板和和双管板板，其中中最常见见的是平平管板。当当流体有有腐蚀性性时，管管板应采采用耐腐腐蚀材料料，工程程上多采采用轧制制成的符符合不锈锈钢，或或在碳钢钢表面堆堆焊一层层厚度不不小于55mm的的覆盖层层。当换换热器承承受高温温高压时时，应采采用薄型型管板，即即降低了了温差应应力，同同时也满满足了高高压对机机械应力力的要求求。薄管管板的突突出优点点是节约约管板材材料，高高压时壳壳节约990%，且且加工方方便。所所以在中中低压换换热器中中得以推推广应用用

12、。3.5管管子与管管板的连连接在管壳式式换热器器的结构构设计中中，管子子与管板板的连接接是否紧紧密十分分重要。如如果连接接不紧密密，在操操作时连连接处发发生泄露露，冷热热流体互互相混合合，会造造成物料料和热量量损失；若物料料带有腐腐蚀性、放放射性或或者两种种流体接接触会产产生易燃燃易爆物物质，后后果将更更加严重重。在固定管管板式换换热器的的连接方方法处还还应考虑虑能承受受一定的的轴向力力，以避避免温度度变化较较大时，产产生的热热应力使使管子从从管板脱脱出。焊接法由由于具有有很多的的优点（加加工简单单、对管管孔的加加工要求求不高，较较强的抗抗脱能力力使之在在高温高高压下仍仍能保持持连接处处的紧密

13、密性，同同时在压压力不太太高时还还可采用用薄型管管板），在在一些要要求较高高的场合合被广发发的应用用。3.6管管板与壳壳体的连连接浮头式换换热器通通常是把把管板夹夹在壳体体法兰与与管箱法法兰之间间便于管管壳程一一起清洗洗。3.7折折流板换热器内内安装折折流挡板板是为了了提高完完程流体体的对流流传热系系数。为为了获得得良好效效果，折折流挡板板的尺寸寸和间距距必须适适当。对对于常用用的圆缺缺形挡板板，弓形形切口太太大或太太小，都都会产生生流动“死死区”，如如图所示示，不利利于传热热，且增增加流体体阻力。一一般切口口高度与与直径之之比为00.15500.455，常见见的有00.200和0.25两两种

14、。a切切口过小小，板间间过大b切切口适当当c切切口过大大挡板的间间距对壳壳程的流流动有重重要的影影响，间间距太大大不能保保证流体体垂直流流过管束束，使得得管外给给热系数数降低，间间距太小小又不方方便检修修，阻力力损失也也很大。一一般采用用间距为为壳体的的0.22-1.0倍。取取折流板板间距BB=0.3D，则则 BB=0.35500=1500mm，可可取B为为150mmm。而对圆缺缺形挡板板而言，弓弓形缺口口的大小小对壳程程流体的的流动情情况有重重要的影影响。弓弓形缺口口太大还还是太小小都有可可能造成成流体“死死区”，既既不利于于传热也也不利于于流体的的流动。一一般来说说，弓形形缺口的的高度可可

15、取壳程程高度的的0.110.4。据据以上原原理可以以选择的的缺口高高度以及及挡板常常采用00.2和和0.225采用用弓形折折流板，去去弓形折折流板圆圆缺高度度为壳体体内径的的25%，则切切去的圆圆缺高度度为 hh=0.256000=1330mmm，故可可取h=1300mm折流板数数目NBB3.8壳壳体直径径及厚度度换热器壳壳体的内内径应等等于或稍稍大于(对浮头头式换热热器而言言)管板板的直径径。根据据计算出出的实际际管数、管管径、管管中心距距及管子子的排列列方法等等，可用用作图法法确定壳壳体的内内径。但但是，当当管数较较多又要要反复计计算时，用用作图法法就太麻麻烦。一一般在初初步设计计小，可可

16、光分别别选定两两流体的的流速，然然后计算算所需的的管程和和壳程的的流通截截面积，于于系列标标准中查查出外壳壳的直径径。待全全部设计计完成后后，仍应应用作图图法画出出管子排排列图。为为了使管管子排列列均匀，防防止流体体走短短流”，可可以适当当增减一一些管子子。3.9管管子在管管板上的的固定方方法管于在管管板上的的固定方方法主要要有胀接接和焊接接两种。其其选择原原则是必必须保证证管子与与管板连连接牢固固，连接接处不会会产生泄泄漏。实实际生产产中，高高温高压压情况下下有时采采用胀接接加焊接接的方法法，对非非金属管管和铸铁铁管也有有采用垫垫塞法的的。3.100主要附附件封头 封头头有方形形和圆形形两种

17、，方方形用于于小直径径 (4000mm)的壳体体，圆形形用于大大直径的的壳体。 缓冲冲挡板 为防防止壳程程流体进进入换热热器时对对管束的的冲击，可可在进料料管口装装设缓冲冲挡板。 导导流桶 壳程程流体的的进、出出口和管管扳问必必存在有有一段流流体不能能流动的的空间(死角)，为了了提高传传热效果果，常在在管束外外增设导导流简，使使流体进进、出壳壳积时必必然经过过这个空空间。 放气孔孔、排液液孔 换热器器的壳体体上常安安有放气气孔和排排液孔，以以排除不不凝气体体和冷凝凝液等。3.111材料选选用列管换热热器的材材料应根根据操作作压强、温温度及流流体的腐腐蚀性等等来选用用。在高高温下一一般材料料的机

18、械械性能及及耐腐蚀蚀性能要要下降。同同时具有有耐热性性、高强强度及耐耐腐蚀性性的材料料是很少少有的。目目前常用用的金属属材料有有碳钢、不不锈钢、低低合金钢钢、铜和和铝等；非金属属材料有有石墨、聚聚四氖乙乙烯和玻玻璃等。不不锈钢和和有色金金属虽然然抗腐蚀蚀性能好好，但价价格高且且较稀缺缺，应尽尽量少用用。4、 换热器加加热过程程有关计计算(物物料衡算算、热量量衡算、传传热面积积、换热热管型号号、壳体体直径等等)；4.1初初算传热热面积热量衡算算查的煤煤油在平平均温度度85下的的比热容容为。水水在平均均温度335下下的比热热容为，则则热传量量 ：冷却水量量 11对数平均均温差 (以以逆流计计）假定

19、冷却却器为壳壳层单程程，管程程6程的的1-776型换换热器，则则修正系数数所以 假设 总总传热系系数则传热面面积4.2计计算换热热器的概概略尺寸寸传热管采采用碳钢钢材料，管长长去6mm则需要要管子数数：为便于布布管，一一般采取取管程的的倍数，即即。管子子布置。管管壳内径径,。管间间距。正正方形排排列，折折流板采采用255%的圆圆缺性折折流板，则则错流管管管排数数中心线线或中心心线附近近管子根根数每块折流流板上传传热空个个191，固固定拉杆杆空4个个，因此此，折流板板上圆缺缺部分管管排数，折流板板上圆缺缺部分管管子444根数，加加上两根根固定拉拉杆,。如是折流流板数，则则折流板板间隔：4.3流流

20、体定性性温度的的确定流体定性性温度可可取流体体出入口口温度的的平均值值，为更更为准确确期间，可可利用图图4-441进行行计算： （高温端端中总热热系数； 低温段段总传热热系数）对于煤油油 高温端温温差：低温端温温差：所以查图图4-441，温温度修正正系数，则则热流体定定性温度度：冷流体定定性温度度：4.4总总传热系系数K的的计算(1) 管侧传热热膜系数数每程管侧侧的流道道面积所以管内内冷却水水的质量量流速：查定性温温度时水水的物性性：修正系数数 又 假定 ，则则(2) 壳层传热热膜系数数热交换器器中心线线或距中中心线最最近的灌灌排上错错流动的的最大流流道面积积：热交换器器中心线线或距中中心线最

21、最新管派派上错流流流动的的最小质质量流速速：查的定性性温度下下，煤油油的物性性：正方形排排列是冠冠群的当当两只经经用式（44-7)计算： m 则 带入克恩恩公式：假设(3) 污垢系数数查有关文文献可知知：管内内侧管管外侧另另外，管管子材质质金属导导热系数数(4) 总传热系系数K与前面假假设的KK值比较较，比较较吻合。（5）传传热面积积裕度传热面积积 该换热器器实际传传热面积积为App面积裕度度4.5管管壁温度度查下煤油油粘度，水水的粘度度对管程：对壳程：所以计算算管侧、壳壳侧时假假定的值值是正确确的。4.6压压力损失失计算(1) .壳程(2) 管程修正系数数 时的的摩擦阻阻力系数数。直管管部分

22、的的压力损损失管箱处压压力损失失管侧压力力损失之之和 所以，管管侧、壳壳侧的压压力损失失均满足足要求，该该设计可可行。5、 设计结果果概要(主要设设备尺寸寸、衡算算结果等等)；参数管程壳程流体冷却水煤油进/出口口温度/20/330130/40物性定性温度度/23.3369.77密度/（kkg/mm3）993800定压比热热容/kJ/（kggk）4.17742.0粘度/（PPas）6.4770.911热导率（WW/mk）0.6220.188设备结构构参数形式列管式壳程数1壳体内径径/600台数1管径/2520管心距/32管长/60000管子排列列正方形排排列管数目/根234折流板数数/个28传热

23、面积积/181.3折流板间间距/150管程数6材质碳钢主要计算算结果管程壳程表面传热热系数/W/（k）20322479污垢热阻阻/（k/WW）0.00003440.0000177压力损失失/ PPa热流量/Kj/s传热系数数/WW/（K）302裕度/%20.667% 参考文献献1） 兰州石油油机械研研究所.换热器器.北京：烃加工工出版社社，199982） 大连理工工大学化化工机械械系.化化工设备备设计.换热器器设计，119899，（22）3） 化工工工程手册册编辑辑委员会会.化学学工程手手册.北北京：化化学工业业出版社社，199914） 上海化学学工业设设计院医医药工程程设计组组.化工工工艺设

24、设计手册册.北京京：化学学 工业业出版社社，199965） 化工设备备设计全全书编辑辑委员会会.换热热器设计计.上海海：上海海科学技技术出版版社，1199886） 中华人民民共和国国国家标标准GBB1511-899刚管制制壳式换换热器，国国家技术术局发布布，199897） 大连理工工大学.化工原原理课程程设计.大连：大连理理工大学学出版社社，199948） 时均.化化学工程程手册.北京：化学工工业出版版社，119966（上卷卷）9） 聂海清.化工设设备设计计.北京京：化学学工业出出版社，1199116、 设计评述述考虑到实实际成产产中物料料本身的的性质及及化工生生产的经经济性等等问题，本本次设

25、计计主要采采用列管管式换热热器，对对换热器器并联逆逆流操作作。首先先，由于于列管式式换热器器具有结结垢简单单、坚固固耐用、适适用性强强、制造造材料广广泛等独独特有点点，因而而在换热热设备中中仍占有有重要的的地位。特特别是在在高温、高高压和大大型换热热设备中中仍占绝绝对优势势。故本本次设计计采用列列管式换换热器；其次，根根据逆流流的平均均温差比比并流的的大可以以节省冷冷却剂或或加热剂剂的用量量，本次次设计流流程采用用并联逆逆流操作作。总的的来说，根根据所求求的数据据结果可可以看出出所确定定的实验验方法还还是可以以实行的的。课程设计计需要学学生自己己作出决决策，自自己确定定实验方方案、选选择流程程

26、、查取取资料、进进行过程程和设备备的计算算，并要要对自己己的选择择作出论论证和核核算，经经过反复复的分析析比较，择择优选定定最理想想的方案案和合理理的设计计。所以以，课程程设计是是增强工工程观念念、培养养提高学学生独立立工作能能力的有有益实践践。通过本次次的化工工设计，我我学到了了很多知知识，不不仅把我我们以前前所学的的理论知知识好好好的整理理了一下下，同时时也增强强了我将将理论应应用于实实际创新新的能力力，培养养了我们们思考的的能努力力，即每每设计意意见东西西都要好好好地思思考，尽尽量全面面地全方方位的考考虑周全全。在做做设计的的过程中中，也培培养了团团队合作作的能力力；同时时也体会会到了共共同努力力、团队队合作的的乐趣！18