课程设计任务书一、摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
在换热器中，至少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，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。
换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。
因为使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。
在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。
衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。
二、关键字煤油，换热器，列管式换热器，固定管板式目录一、概述 (1)二、工艺流程草图及设计标准 (1)2.1工艺流程草图 (1)2.2设计标准 (2)三、换热器设计计算 (2)3.1确定设计方案 (2)3.1.1选择换热器的类型 (2)3.1.2流体溜径流速的选择 (2)3.2确定物性的参数 (3)3.3估算传热面积 (3)3.3.1热流量 (3)3.3.2平均传热温差 (3)3.3.3传热面积 (3)3.3.4冷却水用量 (4)3.4工艺结构尺寸 (4)3.4.1管径和管内流速 (4)3.4.2管程数和传热管数 (4)3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (4)3.4.4传热管排列和分程方法 (5)3.4.5壳体内径 (5)3.4.6折流板 (5)3.4.7接管 (5)3.5换热器核算 (6)3.5.1热流量核算 (6)3.5.1.1壳程表面传热系数 (6)3.5.1.2管内表面传热系数 (7)3.5.1.3污垢热阻和管壁热阻 (7)3.5.1.4计算传热系数K C (7)3.5.1.5换热器的面积裕度 (8)3.5.2换热器内流体的流动阻力 (8)3.5.2.1管程流体阻力 (8)3.5.2.2壳程阻力 (8)四、设计结果设计一览表 (10)五、设计自我评价 (11)六、参考资料 (12)七、主要符号说明 (13)一、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，消除温差应力，应用普遍。
二、工艺流程草图及设计标准2.1工艺流程草图因为循环冷却水易结垢，为便于水垢的清洗，选择循环水做管程流体，煤油做壳程流体。
管程与壳程流体的进出方向为上图所示，并选择逆流传热。
图中水由泵1经过管程沿所示方向流动，煤油由泵1经过壳程沿所示方向流动。
冷却循环水与煤油在设计的换热器中进行热交换，煤油由初温140℃降温至，40℃冷却循环水由初温升30℃温至40℃。
2.2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）HGT20701.8-2000《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》三、换热器设计计算3.1确定设计方案3.1.1选择换热器的类型本次设计为煤油冷却器的工艺设计，工艺要求煤油<热流体）的入口温度140℃，出口温度40℃。
采用循环冷却水作为冷却剂降低热的没有温度，冷却水的入口温度30℃，根据经验结合选厂地址的水资源现状况，选定冷却水的出口温度40℃。
根据间壁式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，最大使用温差小于120℃,选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于60℃，故因选用带膨胀节的固定管板式换热器。
3.1.2流体流径流速的选择根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管程流体，煤油为壳程流体。
根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为ui=1.0m/s,管子选用的较好级冷拔换热管<换热管标准：GB8163）。
3.2确定物性参数定性温度：可取流体进口温度的平均值。
管程流体的定性温度为：<℃）煤油90℃下的物性数据：(℃>根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
3.3、估算传热面积3.3.1热流量m0=<kg/h）Qo=m0c p0Δt0=27500×2.22×(140-40>=6.15×106kJ/h=1695.8 kW3.3.2平均传热温差(℃>3.3.3传热面积假设壳程传热系数：α=400 W<m2•℃），管壁导热系数λ=45 W<m2•℃）则K=298.7W/(m2·K>,则估算面积为：S’=Q0/(K×Δtm>=1.696×106/(298.7×39>=145.86(m2>考虑15%的面积裕度则：S=1.15×145.86=167.74(m2>3.3.4冷却水用量<kg/h）3.4、工艺结构尺寸3.4.1管径和管内流速= 1.5m/s 选用ф25×2.5较高级冷拔传热管(碳钢10>，取管内流速ui3.4.2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数=88.78≈89<根）按单程管计算，所需的传热管长度为：=24<m）按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长为l=6m，则该换热器的管程数为：N P=L/l=24/6=4传热管总根数：N T=89×4=356<根）3.4.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：R=(140-40>/(40-30>=10。
P=(40-30>/(140-30>=0.091按单壳程，4管程结构，温差校正系数应查有关图表可得φΔt=0.82平均传热温差Δt m=φΔtΔt m =0.82×39=32<℃）因为平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取単壳程合适。
3.4.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25d0，则t=1.25×25=31.25≈32(mm>横过管束中心线的管数3.4.5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为D==757.7 (mm>按卷制壳体的进级挡，圆整可取D=800mm。
3.4.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×800=200<mm）折流板间距B=0.3D,则B=0.3×800=240mm取250mm。
折流板数 N B= -1=-1=23 (块>3.4.7接管壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为u＝1.0m/s，则接管内径为：D1=<m），取管内径为110mm。
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u＝1.5 m/s，则接管内径为mm圆整可取 =200mm 。
3.5换热器核算3.5.1热流量核算3.5.1.1壳程表面传热系数可采用克恩公式：当量直径，由正三角排列得：de=<m）壳程流通截面积：=0.044<m2）壳程流体流速及其雷诺数分别为：u0=<m/s）Re==4846普朗特准数Pr=；粘度校正ɑ==1013.57 W/(m2·K>3.5.1.2管内表面传热系数ɑi管程流体流通截面积：S i=0.785×0.022×356/4=0.028<m2）管程流体流速及其雷诺数分别为：==1.499<m/s）ui==40939.1Rei普朗特准数Pr=ɑ=0.023×=6560.4 W/ (m2·K>i3.5.1.3污垢热阻和管壁热阻查有关文献知可取：管外侧污垢热阻 R0=0.000172 m2·K/W管内侧污垢热阻 Ri=0.000344m2·K/W管壁热阻查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为λ=45 W/(m·K>。
3.5.1.4计算传热系数K ==436.9 W/<m·℃）计算传热面积S:S===121.3<m2）该换热器的实际传热面积：Sр==3.14×0.025×(6-0.06>×(356-23>=155.27<m2）3.5.1.5换热器的面积裕度H=×100%=×100%=28.01%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。