列管式换热器课程设计说明书1.工原理课程设计任务书一、设计题目：设计一煤油冷却器二、设计条件：1、处理能力 160000吨/年2、设备型式列管式换热器3、操作条件允许压力降：0.02MPa 热损失：按传热量的10%计算每年按330天计，每天24小时连续运行三、设计容4、前言5、确定设计方案（设备选型、冷却剂选择、换热器材质及载体流入空间的选择）6、确定物性参数7、工艺设计8、换热器计算（1）核算总传热系数（传热面积）（2）换热器流体的流动阻力校核（计算压降）9、机械结构的选用（1）管板选用、管子在管板上的固定、管板与壳体连接结构（2）封头类型选用（3）温差补偿装置的选用（4）管法兰选用（5）管、壳程接管10、换热器主要结构尺寸和计算结果表11、结束语（包括对设计的自我评书及有关问题的分析讨论）12、换热器的结构和尺寸（4#图纸）13、参考资料目录2.流程图3.工艺流程图水（30℃）煤油（140℃）浮头式换热器水（50℃）可循环利用产品：煤油（80℃）4.设计计算4.1设计任务与条件某生产过程中，用自来水将煤油从140℃冷却至80℃。

已知换热器的处理能力为160000吨/年，冷却介质自来水的入口温度为30℃，出口温度为50℃，允许压力降为0.02MPa ，热损失按传热量的10%计算，每年按330天计，每天24小时连续运行，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

4.2设计计算4.2.1确定设计方案（1） 选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度1T 140℃，出口温度2T 80℃， 冷流体进口温度1t 30℃，出口温度2t 50℃。

进口温度差1T -1t =110℃＞100℃，因此初步确定选用浮头式换热器。

（2） 管程安排 由于自来水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器热流量下降，而且管程较壳程易于清洗，再加上热流体走壳程可以使热流体更易于散热，减小能耗，所以从总体考虑，应使自来水走管程，混合气体走壳程。

4.2.2确定物性参数定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。

故壳程煤油的定性温度为110280140=+=T ℃ 管程流体的定性温度为4025030=+=t ℃ 查资料得，煤油在110℃下的有关物性数据如下：水在40℃下的有关物性数据如下：4.2.3估算传热面积 1、计算传热量热流体的质量流量：热流体损失的热量：hkJ 2666664)80140(2.220202)T T (C W Q 21ph h =-⨯⨯=-=2、冷却水用量由于热流体在传热过程中会损失10%的热量，因此冷流体的质量流量为：hkg 4.28749)3050(174.426666641.02666664)t t (C Q %10Q W 12pc c =-⨯⨯-=--=3、平均传热温差)C (05.68308050140ln )3080()50140(t t ln t t t 1212'm o =-----=∆∆∆-∆=∆根据P 、R 值查有关资料可得，因此选用单壳程的列管式换热器。

4、假设传热面积：4.2.4管束计算 1、管子的确定 管径 2、管数计算 假设流速 管数（根）（根）301.292.9928.0021.043600/4.28749u d 4W n 22i c ≈=⨯⨯⨯==πρπ3、管长计算所以选择6m 长的管，双管程，m=2 4、排管按照正三角形排列，每行管数分别为5、6、7、8、9、9、8、7、6、5，因此总管数N=70，其中有四根是拉杆，则管数N ʹ=66管心距5、壳体直径 取管板利用率)m m (2.31575.0/66032.005.1/N t 05.1D =⨯⨯==η取标准D=400mm 6、折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%，则切去的圆缺高度为取折流板间距 则29120060001N B =-=-=折流板间距传热管长折流管数目4.2.5换热器核算 1、K 值的核算热流体流量 s kg h kg W /61.5/20202h == 冷流体流量 s kg h kg W c /99.7/4.28749== （1）管程对流传热系数 管水的实际流速：s m N d W i c/705.02662.992021.0414.399.72'4u 22i =⨯⨯⨯==ρπ管液体雷诺数 43i 1024.2106560.02.992705.0021.0e ⨯=⨯⨯⨯==-cci i u d R μρ 普朗特数 32.46338.0106560.010174.4Pr 33=⨯⨯⨯==-ccpc i C λμ管程对流传热系数376632.4)1024.2(021.06338.0023.0Pr Re 023.04.08.044.08.0i =⨯⨯⨯⨯==iiid λα （2）壳程对流传热系数壳体的当量直径 m d d t de o o 02.0025.014.3)025.0414.3032.023(4)423(42222=⨯⨯-⨯⨯=-=ππ壳体流通截面积 )(0175.0)32251(4.02.0)1(2m t d BD S o o =-⨯⨯=-= 壳流体流速 )/(398.08250175.061.5u s m S W h o h o =⨯==ρ 雷诺数 897710715.0825389.002.0Re 3o =⨯⨯⨯==-hho e u d μρ 普朗特数 24.11140.010715.0102.2Pr 3-3=⨯⨯⨯==hhph o C λμ壳程对流传热系数0.84324.1102.014.0897736.0Pr Re 36.03/155.03/155.0o =⨯⨯⨯==eho o d λα℃℃℃℃ （3）总传热系数查资料得 )/·m (108788.624i W C R ο-⨯= )/(1072.124o W C m R ο⋅⨯=- 则实际的K 值为469250.8432125211072.1235021002.0108788.63766111144=⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯+=++++=--oo io i o m i i id dd d R d bd R K αλα估算的K 值与实际K 值之差小于50，因此，K 值核算合格 2、传热面积核算)(0.226475.644697407409.0t 9.0'2m K Q A m =⨯⨯=∆=)(8.25)08.06(66021.014.3)204.0('2m l N d A i =-⨯⨯⨯=⨯-=π 17.10.228.25'==A A 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务3、换热器压降的核算 （1）管程阻力t p s i F N N p p p )(21∆+∆=∆4.12,1s ===t p F N N ，由41024.2Re ⨯=i ，传热管相对粗糙度0.01，查参考文献中Re -λ双对数坐标图得04.0=λPa u d l p i 28182705.02.992021.0604.02221=⨯⨯⨯==∆ρλPa u p i 7402705.02.992323222=⨯⨯==∆ρMPa Pa p i 02.04.99624.121)7402818(<=⨯⨯⨯+=∆管程流体阻力在允许围之。

（2）壳程阻力s t o N F p p p )''(21∆+∆=∆ 其中 1=s N ，1=t F 流体流经管束的阻力 2)1('201o o B c u N n Ff p ρ+=∆其中5.0=F ， 63.089770.5Re0.5228.0228.0=⨯==--o f9.8661.11.1=⨯==n n c 2912.06=-=B N Pa p 8.52492389.0825)129(9.863.05.0'21=⨯⨯+⨯⨯⨯=∆ 流体流过折流板缺口的阻力2)25.3('22o B u D h N p ρ-=∆ 其中m h 1.0=，m D 4.0=，则Pa p 5.54302389.0825)4.01.025.3(29'22=⨯⨯⨯-⨯=∆ 总阻力MPa Pa p 02.03.106805.54308.5249<=+=∆ 壳程流体阻力在允许围之。

4.2.6壳体设计 壳体厚度计算: []212C C ppD tid ++-=φσδ其中 mm D 4001=，MPa p 11.0=，[]MPa t112=σ，（双面焊缝）85.0=φ mm C 8.01=，mm C 12= 故 03.218.011.085.0112240011.0=++-⨯⨯⨯=d δ所以选取壁厚为3mm 的壳体 4.2.7设备零部件设计（1）封头的选取根据壳体公称直径查参考文献5中的附录6.3，选取公称直径为450mm 的标准椭圆形封头。

（2）法兰的选取根据管的公称直径参照标准选取相对应的标准法兰 （3）管板的选取 （4）接管的选取壳程流体进出口接管：取接管煤油的流速u=2m/s,则接管径为圆整后选取外径为70mm ，壁厚为3mm 的标准无缝钢管管程流体进出口接管：取接管水的流速u=2m/s ，则接管径为为 )(072.014.322.9923600/4.287494u 4h 2m W D =⨯⨯⨯==πρ 圆整后选取外径为76mm ，壁厚为3mm 的标准无缝钢管 管板厚度mm 40=δ，径mm D i 400=接管长度均为200mm 。

换热器主要结构及结构尺寸见附表1附表1 换热器主要结构尺寸和计算结果5.设计结果评价(1)本设计通过对面积校核，压降校核，壁温校核等计算可知均满足要求，且传热效率较好，能很好的完成任务。

(2)经济和环境效益评价：生命周期方法是一种针对产品或生产工艺对环境影响进行评价的过程,它通过对能量和物质消耗以及由此造成的废弃物排放进行辨识和量化,来评估能量和物质利用对环境的影响,以寻求对产品或工艺改善的途径。

这种评价贯穿于产品生产、工艺活动的整个生命周期,包括原材料的开采和加工、产品制造、运输、销售、产品使用与再利用、维护、再循环及最终处置。

本设计中使用水作冷却剂，无污染，耗资少，无有害气体产生，整个过程简单，易操作，环境和经济效益良好。

(3)本设计中面积，传热系数，压降等均有比较好的裕度保证，即使生产使用中出现比较大的误差，设备结构也能保证不出现打的安全损伤的事故，具有良好可靠的安全保证。

6.总结通过两周艰辛设计学习，我在理解换热器工艺基础上掌握了换热器装备中常用的技术设计要求，掌握了换热器冷热交换及设计工艺。

本次设计课程能够熟练掌握换热器设计技术与自己辛勤汗水和指导老师的教导是分不开的。