柴油-原油换热器工艺设计

设计题目：柴油-原油换热器工艺设计 1．设计任务书 设计题目 列管式换热器(原油预热器)的设计 操作条件 某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取×W，要求两侧的阻力损失均不超过5103.0Pa。

物料 温 度 ℃ 质量流量 kg/h 比 热 kJ/kg.℃ 密 度 kg/m3 导热系数 W/m.℃ 粘度

入口 出口 柴油 195 T2 70000 715 ×10-3 原油 30 75 80000 815 ×10-3 设计要求及内容 1、查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤； 2、根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算； 3、根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计； 4、以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图； 5、编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。 目 录 1.概述 ............................................ 3 2.设计标准 ........................................ 4 3.方案设计和拟定 .................................. 5 4.设计计算 ........................................ 8 确定设计方案.....................................................8 4.1.1 选择换热器的类型..............................................8 4.1.2 流动空间及流速的测定..........................................9 确定物性数据.....................................................9 计算总传热系数...................................................9 4.3.1 热流量........................................................9 4.3.2 平均传热温差.................................................10 4.3.3总传热系数K...................................................10 计算传热面积....................................................11 工艺结构尺寸....................................................11 4.5.1管径和管内流速................................................11 4.5.2管程数和传热管数..............................................11 4.5.3平均传热温差校正及壳程数......................................11 4.5.4传热管排列和分程方法..........................................12 4.5.5壳体内径......................................................12 4.5.6折流板........................................................12 4.5.7接管..........................................................13 换热器核算......................................................13 4.6.1热量核算......................................................13 4.6.1.1壳程对流传热系数............................................13 4.6.1.2管程对流传热系数............................................14 4.6.1.3传热系数K...................................................15 4.6.1.4传热面积S...................................................15 4.6.2换热器内流体的流动阻力........................................16 4.6.2.1 管程流动阻力...............................................16 4.6.2.2 壳程阻力...................................................16 4.6.2.3 换热器主要结构尺寸和计算结果...............................17

5.参考文献 .............................................. 18 6.附录 .................................................. 18 7.设计小结 .............................................. 25 8．CAD图 ................................................ 27 1.概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器有以下几种： 1）固定管板式 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。 2）U形管式 U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。

3) 浮头式

换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。

2.设计标准 （1）JB1145-73《列管式固定管板热交换器》 （2）JB1146-73《立式热虹吸式重沸器》 （3）中华人民共和国国家标准.GB151-89《钢制管壳式换热器》.国家技术监督局发布，1989 （4）《钢制石油化工压力容器设计规定》 （5）JBT4715-1992《固定管板式换热器型式与基本参数》 （6）《容器、换热器专业设备简图设计规定》 （7）HG20519-92《全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》 （8）中华人民共和国国家标准 JB4732-95 《钢制压力容器—分析设计标准》 （9）中华人民共和国国家标准 JB4710-92 《钢制塔式容器》 （10）中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 《压力容器波形膨胀节》 3.方案设计和拟订 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中的浮头式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，柴油走管程，原油走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。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，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。 根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。 根据以下原则：(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到