煤油冷却器课程设计

长 沙 学 院

课程设计说明书

题目 煤油冷却器的设计

系(部) 生环系

专业(班级) 09应化2班

姓名

学号

指导教师 宋勇

起止日期 2012.5.28——2012.6.16

化工原理课程设计任务书

系主任___________ 指导教师____________ 学生__戴 姣______

2班

编号：2.2.7

一、设计题目名称：煤油冷却器的设计

二、设计条件：

1．煤油：入口温度：130℃，出口温度：50℃；

2．冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度28℃，出口温度40℃）

3．允许压强降，不超过105Pa；

4．每年按300天计；每天24 h连续运转。

5．处理能力65000吨/年；

6．设备型式：列管式换热器。

7．煤油定性温度下的物性数据: 34ccp,cc825kg/m,7.1510Pas, c2.22kJ/kgC0.14W/mC（），（）

三、设计内容

1．热量衡算及初步估算换热面积；

2. 冷却器的选型及流动空间的选择；

3. 冷却器的校核计算；

4. 结构及附件设计计算；

5．绘制带控制点的工艺流程图（A3）及冷却器的工艺条件图（A3）；

6．编写设计说明书。

四、厂址:长沙地区

五、设计任务

完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有关附属设备的进行设计和选用，绘制换热器系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写设计说明书。

六、设计时间安排三周：2012年5月28日-2012年6月16第一章

长沙学院课程设计鉴定表

姓名 学号 专业 班级

设计题目 指导教师 指导教师意见：

评定等级： 教师签名： 日期：

答辩小组意见：

评定等级： 答辩小组长签名： 日期：

教研室意见：

教研室主任签名： 日期：

系（部）意见：

系主任签名： 日期： 目 录

第1章 设计方案简介 ........................................... 1

1.1 换热器概述 ........................................................1

1.2列管式换热器 .......................................................1

1.2.1 固定管板式 ..................................................1

1.2.3U形管式 ......................................................2

1.3设计方案的拟定 .....................................................3

1.4工艺流程简图（见附图） .............................................3

第二章工艺计算和主体设备设计 .................................. 3

2.1 初选换热器类型 ....................................................3

2.2 管程安排及流速确定 ................................................4

2.3确定物性数据 .......................................................5

2.4计算总传热系数 .....................................................5

第三章 工艺结构设计 ........................................... 8

3.1.管径和管内流速 ....................................................8

3.2.管程数和传热管数 ..................................................8

3.3.平均传热温差校正及壳程数 ..........................................9

第四章换热器核算 ............................................. 14

第五章辅助设备的计算和选型 ................................... 19

第六章设计结果表汇 ........................................... 21

参考文献 .............................................................22

化工原理课程设计之心得体会 ................................... 23

第1章 设计方案简介

1.1 换热器概述

换热器是化工，炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%~20%，在炼油厂约占总费用35%~40%。换热器在其他部门，如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、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意义。

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

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。

1.2列管式换热器

因设计需要,下面简单介绍下列管式换热器

列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛应用。它的结构简单、坚固、制造较容易，处理能力大，适应性能，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中使用更为普遍。

1.2.1 固定管板式

固定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性形变，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简便，但不宜用于两流体温度差太大和壳方流体压强过高的场合。见图1.1 [2]。

1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴

图1.1.固定管板式换热器的示意图

1.2.2 浮头式

这种换热器有一段管板不与壳体相连，可沿轴向自由伸缩。这种结构不但可完全消除热应力，而且在清洗和检修时，整个管束可以从壳体中抽出。因此，尽管其架构较复杂，造价较高，但应用仍较普遍。见图1.2[2]。

图1.2.浮头式换热器示意图

1.2.3U形管式

每根管子都弯成U形，两端固定在同一个管板上，因此，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。这种结构较简单，质量轻，适用于高温高压条件。其缺点是管内不易清洗，并且因为管子要有一定的弯曲半径，其管板利用率较低。见图1.2[1]。

图1.3.U形管式换热器示意图

1.3设计方案的拟定

根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器的固定管板式换热器；再根据冷热流体的性质，判断其是否容易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。本设计中选择使循环工业硬水走管程，煤油走壳程。从资料中查得冷热流体的物性数据，如比热容，密度，粘度，导热系数等。计算出总传热系数，再计算传热面积。根据管径，管内流速确定传热管数，算出传热管程，传热管总根数等。然后校正传热温差及壳程数，确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等；接着再对换热器的热量，官称对流传热系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度，最后，对流体的流动阻力进行计算。

1.4工艺流程简图（见附图）

第二章 工艺计算和主体设备设计

2.1 初选换热器类型

两流体的温度变化情况如下：

（1）煤油：入口温度130℃，出口温度50℃； （2）冷却介质：自来水，入口温度28℃，出口温度40℃；

该换热器用循环冷却自来水进行冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考略到这一因素， 估计所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，需考虑热膨胀的影响，相应地进行热膨胀的补偿，故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。

2.2 管程安排及流速确定

已知两流体允许压强降不大于100kPa；两流体分别为煤油和自来水。与煤油相比，水的对流传热系数一般较大。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，考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程，而使煤油走壳程。选用Φ25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。参考数据见表2.1,表2.2[1]。

表2.1.列管式换热器内的适宜流速范围

流体种类 流速/（m/s）

管程 壳程

一般液体 0.5~3 0.5~1.5

易结垢液体 >1 >0.5

气体 5~30 3~15

表2.2不同粘度液体的流速（以普通钢壁为例）

液体粘度/mPa．s

＞1500 1500～500 500～100 100～35 35～1 ＜1

最大流速/（m/s） 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4