管式换热器(煤油冷却器)的设计

课 程 设 计 课程名称 化工原理课程设计 题目名称 煤油冷却器的设计 专业班级 09级生物工程（2）班 学生姓名   学号   指导教师 孙兰萍     二O一一年十二月二十日 1  设计任务书 1.1 设计题目 煤油冷却器的设计 1.2 设计任务及操作条件 （1）处理能力: M 104 t/Y煤油 （2）设备型式: 列管式换热器 （3）操作条件 ①煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。 ②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃。 ③允许压降：不大于105 Pa。 ④煤油定性温度下的物性数据： ； ； ＝2.22kJ/(kg.℃)； ＝0.14 W/(m.℃) ⑤每年按330天计，每天24小时连续运行。 （4）建厂地址 天津地区 1.3 设计要求 试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务。 1.4 工作 1、领取设计任务书，查阅相关资料（1天）； 2、确定设计，进行相关的设计计算（2天）； 3、校核验算，获取最终的设计结果（1天）； 4、编写课程设计说明书（论文），绘制草图等（1天）。 1.5 设计成果要求 1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及打印稿1份，并附简单的设备草图。 2、课程设计结束时，将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师： （1）封面（具体格式见附件1） （2）目录 （3）课程设计任务书 （4）课程设计说明书（论文）（具体格式见附件2） （5）参考文献 （6）课程设计图纸（程序） 1.6 几点说明 1、本设计任务适用班级：09生物工程（本）2班（其中：学号1-15号，M=15；学号16-30号，M=25；学号31-46号，M=40）； 2、课程设计说明书（论文）格式也可参阅《蚌埠学院本科生毕业设计（论文）成果撰写规范》中的相关内容。 指导教师：                教研室主任：              系主任： 2  确定设计方案 2.1 选择换热器的类型 两流体的温度变化情况：热流体即煤油的进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体即循环水进口温度30℃，出口温度40℃。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，因此初步确定选用列管式换热器。 2.2 流动空间及流速的确定 在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间也便于清洗。由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用 Ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=1.5m/s。 3  确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取进出口温度平均值。 故壳程油的定性温度为 管程流体的定性温度为 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90℃下的有关物性数据如下： 密度                                                              粘度           定压比热容    导热系数     循环冷却水再35℃下的物性数据如下： 密度            定压比热容      导热系数      粘度            4 计算总传热系数 4.1 热流量 4.2 平均传热温差 先按纯逆流计算（一般逆流优于并流，在工程上若无特殊需要，均按逆流考虑） 4.3 冷却用水量  5  估算传热面积 由于壳程气体压力较高，故选取较大的K值。假设K估=315W/(m2.K)，则估算的传热面积为： 考虑到25%的面积裕度， 6  工艺结构尺寸 6.1 管径和管内流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 。 我国国标换热器中常见的换热管规格有              以及 流速的选择应使流体处于稳定的湍流状态，即雷诺数大于10000。对于传热热阻较大的流体或易结垢的流体选取较大流速，以利于增加面传热系数，降低结垢程度与速度。并要考虑合适的流速下，换热器有适当的管长和管程数。 6.2 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 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。根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为 传热管总根数  6.3 平均传热温差校正及壳程数 平局传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关突图表。但 的点在图上难以读出，因而相应以 代替 ， ，查同一图线，可得 平均传热温差 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 6.4 传热管排列和分程方法 对于多管程换热器，常采用组合排列方式。各程内采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方法。 故拟采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧用正方形排列 取管心距 ，则    横过管束中心线的管数 各程相邻管的管心距为44mm。 6.5 壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可由下式估算。取管板利用率 。（正三角形排列，2管程， =0.7-0.85，4管程以上， =0.6-0.8），则壳体内径为： 按卷制壳体的进级档，圆整可取 。 6.6 折流板 （作用说明：列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通截面积大，为增大壳程流体的流速，加强其湍动程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。对于多壳程换热器不仅需要设置横向折流板，而且需要设置纵向折流板将换热器分为多壳程结构。对于多壳程换热器，设置纵向折流板的目的不仅在于提高壳程流体的流速，而且是为了实现多壳程结构，减少多壳程结构造成的温度损失。） 采用弓形折流板，可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 ：            取折流板间距 ,则 ，可取 为 折流板数    并且折流板圆缺面水平装配。 6.7 接管 壳程流体进出口接管：取接管内气体流速 ，则接管内径为 取标准管径为  。 管程流体进出口接管：取接管内液体流速 ，则接管内径为： ，取标准管径为 。 7  换热器核算 7.1 热流量核算 7.1.1 壳程对流传热系数 对圆缺型折流板，可采用克恩公式 （适用条件：Re0=2×(103-106)，弓形折流板圆缺高度为直径的25%。） 换热管呈三角形排列时，当量直径为： 壳程流体流通截面积： 壳程流体流速及其雷诺数分别为： 普兰特准数： 粘度校正： 7.1.2 管程对流传热系数 管程流体流通截面积： 管程流体流速： 普兰特准数： 7.1.3 污垢热阻和管壁热阻： 管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 依表，碳钢在该条件下的热导率为50W/(m·K), 管壁热阻： 7.1.4 传热系数 所以系数 7.1.4 传热面积 该换热器的实际传热面积为： 该换热器的面积裕度为： 为了保证换热器操作的可靠性，一般应使换热器的面积裕度大于15%-20%。本换热器传热面积裕度16%，满足生产要求，故能够完成生产任务。 7.2 换热器内流体的流动阻力 7.2.1 管程流动阻力 由 传热管相对粗糙度，查莫狄图得 ，流速 ， ，所以 故管程流体阻力在允许范围之内。 7.2.2 壳程阻力 流体流经管束的阻力为： 流体流过折流板缺口的阻力： 总阻力为： 壳程流体的阻力也比较适宜。 7.2.3 换热器的主要结构尺寸和计算结果见表 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表： 换热器型式：固定管板式 换热器面积（㎡）：253.9 工艺参数 名称 管程 壳程 物料名称 循环水 煤油 操作压力，MPa 0.4 0.3 操作温度，℃ 30/40 140/40 流量，kg/h 274509 50505.05 流体密度，kg/ 994 825 流速，m/s 0.999 0.288 传热量，kw 3111.1 总传热系数，w/㎡·k 441 对流传热系数，w/㎡·k 4757 711 污垢系数，㎡·k/w 0.000344 0.000172 阻力将，Pa 23734.2 5754 程数 3 1 使用材料 碳钢 碳钢 管子规格 Φ 管数 489 管长，mm 7000 管间距，mm 32 排列方式 正三角形 折流挡板型式 上下 间距，mm 300 切口高度25% 壳体内径，mm 500 保温层厚度，mm   项目 数据 项目 数据 壳径D(DN) 900mm 管尺寸 ￠ 25mmX2 管程数Np（N） 4 管长l（L） 4.5m 管数n 144 管排列方式 正三角形排列 中心排管数nc 13 管心距 32mm 管程流通面积Si 0.0125 m 传热面积 49.7m                 继续阅读