河西学院Hexi University化工原理课程设计题目: 煤油冷却器的设计学院: 化学化工学院专业: 化学工程与工艺学号:姓名: 朱振宇指导教师: 王兴鹏2016年11月20日设计任务书一、设计题目煤油冷却器的设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量） 23000 吨/年操作周期 7200 小时/年2.操作条件煤油入口温度 120℃，出口温度 40℃冷却介质自来水，入口温度 20℃，出口温度 40℃允许压降≦105Pa冷却水温度 20℃饱和水蒸汽压力 (表压)3.设备型式列管式换热器4.厂址自选（压力：1atm ）三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.换热器的工艺计算3.换热器的主要尺寸设计4.辅助设备选型5.设计结果汇总6.绘制换热器总装配图：主视图、俯视图、剖面图、两个局部放大图7.设计评述目录1 概述 ................................................. 错误!未定义书签。

换热器的分类 0流动空间的选择原则 (1)2 设计方案简介 (2)选择换热器的类型 (2)流体空间及流速的确定 (2)3 工艺流程草图及说明 (2)4 厂址的选择 (2)5 列管式换热器的工艺计算 (3)确定物性参数 (3)计算总传热系数 (3)热流量 (3)平均传热温差 (3)冷却水用量 (3)总传热系数K (3)计算传热面积 (4)工艺结构尺寸 (4)管径和管内流速 (4)管程数和传热管数 (4)平均传热温差校正及壳程数 (4)传热管排列和分程方程方法 (4)壳体内径 (5)折流板 (5)接管 (5)换热器核算 (5)热量核算： (5)管程对流传热系数 (6)传热系数K (6)传热面积S (6)换热器内流体的流动阻力 (6)6 设计结果一览表 (7)7 设计评述 ............................................. 错误!未定义书签。

8 主要符号说明 (8)参考资料 (9)致谢词 (11)煤油冷却器的设计朱振宇摘要：本文主要介绍了如何设计一台换热性能优良的管壳式换热器,涉及内容较多,包括初始条件确立、换热管尺寸、壳体类型、换热器的选型等信息来确定。

通过换热器核算来校正换热器的尺寸、壳体类型等，分析了流体的流动和换热机理等。

关键词：煤油冷却器、设计、管壳式、换热管、折流板1 概述换热器的分类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。

换热器的类型多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。

列管式换热器是最典型的换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，在所以的换热器中占着主导的地位。

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和壳体连为一体，管子则固定在管板上，在外壳上焊有膨胀节，当两流体的温度差较大时，管体和管束热膨胀不同，补偿圈发生缓慢的弹性形变来来补偿因温差引起的热膨胀。

特点：结构简单、在相同的壳体直径内，排管最多、比较紧凑；造价低廉、壳程清洗和检修困难（壳程宜用于不易结垢和清洗的流体）。

适用：比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。

②浮头换热器浮头式换热器的两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则可相对于壳体做某些移动，该端称之为浮头。

此类换热器的管束膨胀不受壳体的约束，所以壳体与管束之间不会由于膨胀量的不同而产生热应力。

特点：结构复杂、笨重，造价比较高，材料消耗量大，浮头的端盖在操作中无法检查，安装时要密封，管束和管壳的间隙较大。

适用：管壳壁间温差较大，易于腐蚀和易于结垢的场合。

③ U型换热器U型管式换热器每根管子均弯成U型，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、管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。

适用：高温高压的场合流动空间的选择原则①尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。

②管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。

③应减小管子和壳体因受热不同而产生的热效应。

④对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄露，应注意密封。

⑤应尽量避免使用贵金属，以降低成本。

宜于通入管内空间的流体：①不清洁的流体：管内流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间便于清洗。

②体积小的流体：管内空间的流动截面往往比管外空间的截面小，流体易于获得必要的理想流速，而且也便于做成程流动。

③有压力的流体：管子承压能力强，简化了壳体密封的要求。

④腐蚀性强的流体：只有管子及管箱才需要耐腐蚀的材料，而壳体及管外空间的所有零件均可用普通材料制造，造价可以降低。

⑤与外界温差大的流体：可以减少热量的散逸。

宜通于管间的流体：①两流体温差相差较大：可减少管壁于壳壁间的温度差，因而可减少了管束与壳体间的相对伸长。

②两流体给热性能相差较大③饱和蒸汽：易于排出冷凝液④粘度大的流体：管间的流动截面和方向都在不断的变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内大⑤泄露后危险性大的流体可减少泄露机会2 设计方案简介选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度120℃ ,出口温度40 ℃；冷流体（循环水）进口温度20℃，出口温度40℃.由于该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。

流体空间及流速的确定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应大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管城流体，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m/s 0.1 i u ，用 2.5mm ×φ25的碳钢管（换热管标准：GB8163)。

3 工艺流程草图及说明图1 工艺流程图说明：由于循环冷却水较易结垢，为便了水垢的清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。

如图：煤油先到达原油储罐，再经原油泵抽上来，经粗管道进入换热器壳程，冷却水经细管道进入换热器管程。

两物质在换热器中进行换热，煤油从120℃冷却至40℃后再由粗管道流进产品储罐经产品泵流出；循环冷却水则从20℃加热至40℃后，再由细管道流出。

4 厂址的选择珠海5 列管式换热器的工艺计算确定物性参数定性温度：可取流体进口温度的平均温度值。

壳程油的定性温度为管程流体的定性温度为定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

根据油在80℃下的有关物性数据如下：密度：30m kg 781=ρ定压比热容：)℃KJ/(kg.28.20=p C导热系数：)℃0.141W/(m.0=λ粘度：.s 0.000664Pa 0=μ循环冷却水在30℃下的物性数据：密度：kg/m37.995=i ρ定压比热容：)℃KJ/(kg.174.4=pi c导热系数：)℃0.618W/(m .i =λ粘度：Pa.s 0008007.0=i μ计算总传热系数热流量o m =（23000×310）/7200=h平均传热温差冷却水用量总传热系数K管程传热系数壳程传热系数假设壳程的传热系数()℃4002o ⋅=m w α污垢热阻管壁的导热系数()℃m .45W/=λ计算传热面积考虑15%的面积裕度：2'15.18m =13.2×21.15=S ×1.15=S工艺结构尺寸管径和管内流速选用φ25×传热管（碳钢），取管内流速s m 0.5u i =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 ()137.125.002.0785.036007.9956.71444n 22≈⨯⨯⨯==u d vi s π（根） 按单程管计算，所需的传热管长度为按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

现取传热管长L=,则该换热管程数为传热管总根数52=4×13=N (根）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。

查同一直线，可得0.83t =∆ϕ平均传热温差℃92.3528.4383.0t 'm =⨯=∆=∆∆t t ϕ传热管排列和分程方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025.1d t =,则横过管束中心线的管数958.85219.119.1≈===N n c （根)壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=，则壳体内径为圆整可取D =300mm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mm h 7530025.0=⨯=故可取mm h 75=取折流板间距D B 3.0=，则mm B 903003.0=⨯=,可取B 为mm 100。

折流板数()块折流板间距传热管长441-10045001-b ===N 折流板圆缺面水平装配。

接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为s m u 0.1=，则接管内径为()m u v d 038.00.114.378136004.319444=⨯⨯⨯==π 取标准管径为mm 345⨯φ管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=s则接管内径为取标准管径为mm 450⨯φ换热器核算热量核算：壳程对流传热系数：对圆缺形折流板，可采用克恩公式14.03155.000Pr Re 0.36⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=w e d μμλα当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积壳程流体及雷诺数为普兰特准数 管程对流传热系数管程流通截面积22i 00816.025202.0785.0m S =⨯⨯= 管程流体流速 普兰特准数 传热系数K 查有关文献知管外侧污垢热阻：w m R s ℃000172.020⋅= 管内侧污垢热阻：w m R si ℃000344.02⋅=管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为45w/(m.k)=λ。

传热面积S该换热器的实际传热面积p S 该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

换热器内流体的流动阻力 管程流动阻力由5.6086Re = 传热管相对粗糙度0.005200.01=，查莫狄038.0=i λ 管程流动阻力管程流动阻力在允许的范围之内。

管壳流动阻力 壳程阻力流体流过折流板的阻力取折流板间距m B 1.0= m D 0.3=综上所述，该换热器管程与壳程的压力降均小于允许压强100kPa 均符合要求，故所设计的换热器符合条件。

6 设计结果一览表2设计结果一览图7 设计评述本次化工原理课程设计，加深了我对化工原理课本知识的理解，同时使我学会了很多实用的东西，提高了我动手的能力和灵活运用知识的能力，让我受益匪浅。