2012换热器设计任务书

1、化工原理化工设备课程设计任务书设计题目：年处理4.2万吨柴油浮头式换热器学生姓名：XXX专业班级：xxx学号：xxxxx指导教师：xxxxx宜宾学院化学与化工学院2012年12月13日列管式换热器设计任务书一、设计目的培养学生综合运用本门课程及有关选修课程基础理论和基本知识去完成换热单元操作设备设计任务的实践能力二、设计目标设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的三、设计题目列管式换热器设计四、设计任务及操作条件1 .设计任务设备型式：列管式处理任务：如下表所示:处理量(TW/)物料2.42.62.83.03.23.43.6384.04.24.44.64.

2、8原油1#2#12#13#煤油14#25#26#柴油27#37#38#39#2 .操作条件(1)热流体：入口温度140C;出口温度40c(2)冷却介质：岷江水(3)允许压降：不大于0.1MPa(4)物性数据柴油定性温度下的物性数据：密度；。=715kg/m3粘度o=6.410"Pas定压比热容cpo=2.48kJ/kgoC导热系数'oo0.133W/moC岷江水定性温度下的物性数据：密度p1=996.2kg/m3黏度以1=8.4395X10-4Pa-s定压比热容cp1=4.176kJ/(kgC)导热系数入1=0.614W/(mC)目录第一章概述1.1.1 换热器的简单介绍1.

3、1.2 本设计的目的和意义3.第二章设计计算4.2.1 确定设计方案4.2.2 确定物性数据4.2.3 计算总传热系数4.2.4 计算传热面积5.2.5 工艺结构尺寸6.2.6 换热器核算9.第三章设计结果汇总1.2设计图纸（简图）1.3.心得体会1.3.参考文献1.4.评语及成绩1.7.第一章概述1.1换热器的简单介绍换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。换热器的分类：适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热

4、器的具体分类如下：一、换热器按传热原理分类1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，

5、在低温流体换热器把热量释放给低温流体。4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。二、换热器按用途分类1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。3、过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。U形管板换热器、板三、按换热器的结构分类可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、式换热器等。1，折流挡板;2-管束;3-壳体;4-封头;5-接管；6-管板图1固定管板式换热界39

6、G由2u型管换热器的结构于意图3浮头式换热器L光莪2.浮头黄3.浮头管板4.光体5.传热管6,支持板7.折流板1.2本设计的目的和意义通过本次课程设计，培养学生多方位、综合地分析考察工程问题并独立解决工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面：(1)资料、文献、数据的查阅、收集、整理和分析能力。要科学、合理、有创新地完成一项工程设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。(2)工程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。本设计包括热工计算和冷却器设备的结构计算。(3)工程设计表达能力。工程设计完成后

7、，往往要交付他人实施或与他人交流，因此，在工程设计和完成过程中，都必须将设计理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的内容，才可能被他人理解、接受，顺利付诸实施。通过本设计不仅可以进一步巩固学生所学的相关啊知识，提高学生学以致用的综合能力，尤其对传热学、流体力学等课程更加熟悉，同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严禁、作风踏实的品格。第二章设计计算2.1 确定设计方案两流体温度变化情况：柴油入口温度：140c出口温度：40c岷江水入口温度：20c出口温度：20c本次设计任务为柴油冷却器的设计，两流体在传热过程中无相变，换热器用岷

8、江水冷却，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；固定管板式换热器结构比较简单，制造简单，制造成本低，管程可用多种结构，规格范围广泛，在生产中广泛应用。因壳程不易清洗，故不适宜较脏或有腐蚀性的物流的换热，适用壳壁与管壁温差小于70C、壳程压力不高并可用化学方法清洗的场合。故此最终选择浮头式换热器。由于岷江水较易结垢，为便于水垢清洗，应使岷江水走管程，柴油走壳程。管径选用小25mmx2.5mm的碳钢管，取管内流速ui=0.5m/s。2.2 确定物性数据柴油定性温度下的物性数据：密度：。=715kg/m3粘度。=

9、6.410“Pas定压比热容cpo=2.48kJ/kgoC导热系数'o-0.133W/moC岷江水定性温度下的物性数据：密度p1=996.2kg/m3黏度以1=8.4395X10-4Pa-s定压比热容Cp1=4.176kJ/(kgC)2.3 计算总传热系数4210A7柴油单位时间处理量qm=4.7945X103kg/h36524热流量Q=qmCpoAtm=4.7945X103X2.48X(14040)=1189036kJ=330.29kwQ1189036伶却水用量W=11795.678kg/hcp1t24.17636-20对数平均温度差tm=二=140-36-40-2。=50.9505

10、ClnW：t2ln四20平均传热温度校正系数R=T1二T竺=唯二°=6.25-Tc136-20P=TC2Th1-Tc1-Tc11等A33查表可得修正系数t=0.9650.9505=48.89350.4,'11=0.023d1管程传热系数a1=0.023x°i6x0.020(1.18041040_3_0.84.176父10父8.439父100.614=2570.7130W/(m2C)壳程传热系数假设壳程传热系数污垢热阻柴油2a2=540W/(m-C)-4Rs1=3.4X10河水-4Rs2=5.0X101bd01-Rs2-管壁的导热系数入=48W/(mC)总传热系数K=

11、d0d0dm-Rs1:1d1d11=0.025°，70.0250.00250.025T3.4100.00052570.71300.020.02480.02241540=301.0962.4 计算传热面积S、=330290301.212150.95052=21.5299m22考虑15%的裕度S=1.15XS、=1.15X21.5299=24.7594m2.5 工艺结构尺寸列管的计算选择管径为小25mmx2.5mm的标准管取管内流速1=0.5m/s单程管速nsV17795.678996.236002du40.7850.0220.5:32（根）工»、S24.7594八”按单程管束

12、算，所需换热管长度L=匚”=9.85m二d0ns3.140.02532采用多管程结构，取标准管L=3m材料为20号的无缝钢管管程Np=L=4L传热管总根数N=nNp=32X4=128采用组合排列法，每程采用正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列管心距t=1.25d=1.25X25=31.25mm横过管束中心的管数nc=1.1JN=1.1,128=12.44513根采用多管程结构，取管板利用率=0.6,则壳体内径DiDi=1.05X31.25XJ128/0.6=479.26弋500mm采用弓形折流板，切去圆缺高度h=0.2Di=0.2X500=100mm折流板间距B=0.3Di=0.3X500=1

13、50mm折流板数Nb黑蔷大鬻一明壳程流体进出口接管内径d='4V45520.536007150.03311m3.140.5故取壳程流体进出口标准管径d=50mm6m=4.0mm管程流体进出口接管内径d=.4V_420373-263600996.2:0.085m,二u.3.141.0故取标准管程流体进出口接管内径d=100mm6m=6.0mm根据标准，接管公称外径089mm可不再另行补强，因此管程接口需另行补强。接管的高度h=150mm壳体的设计由于所设计的换热器属于常规容器，考虑到生产成本和使用条件，选择材料为20R壳体与封头采用法兰连接。已知壳体内径D=500mm叼t为壳体工作温度下

14、的许用应力，已知壳程设计温度为90C,设计压力为1.6MP,查表得。t=133,为焊缝系数，取=0.9,c2=1mmcrs=245则壳体壁厚PcDi2二t-Pc=1.6X500/(2X133X0.91.6)=3.37cd=3.371=4.37C1=0.4c.n=3.370.41+=6C1=0.6、,e=6-0.6-1=4.4进行水压试验：Pt=1.25P"=1.25X1.6X1=2Mpa0-t=PtDie25004.424.4=114.64Mpa<0.91os=198.45所以:水压强度满足要求，所以取壳体壁厚二=6mm长度L=3000mm浮头盖短节、封头计算浮头盖短节壁厚因为

15、浮头盖的内径为500+100=600mm,其余参数同壳体所以PcD_P=PcD=1.6X600/(2X133X0.91.6)=4.0372二-Pc、d=4.0371=5.037C1=0.5n=6C1=0.6直边高度h=25mm因其便于冲压，应力分析比较均匀，制作简单。、e=6-0.6-1=4.4曲面高度H=125mm封头均选用标准椭圆封头,PcD6=rPcD=1.6X600/(2X133X0.90.5X1.6)=4.02320t-0.5Pc最后取n=6进行水压试验，方法同上，且都符合要求。内径=600mm管箱的设计已知管程设计温度为28C,设计压力为0.6MPa,材料为20R,查表得9t=13

16、3,os=245,取©=0.8,c2=1mmPcDi2ct-Pc则箱壳厚度为=0.6X500/(2X133X0.80.6)=1.14、d=1.411=2.41C1=0.2Sn=1.41+0.2+1十=4考虑到壳体壁厚，所以箱体壁厚取6mm压力校核同上，是符合的。管箱采用B型（封头管箱）内径D=500mm长度L=200mm固定管板和浮头管板固定板厚：b=46mm浮头板厚：b=50mm管板选用Q235-A管子与管板的连接必须牢固、不泄漏，不产生大的应力变形，最常见的连接方法为胀接，由于本设计中工作压力和温度都不是特别高，而且管子的间距比较大，所以管板和管子的连接采用胀接，管板与壳体采用可

17、拆卸连接，如法兰连接。折流板的设计采用弓形折流板，排列方式采用水平切口，且切口部分不装管子，第一块或最后一块折流板尽可能靠近壳程进出口接管。切口尺寸：h=20%Di=100mm挡板间距B:B=Di/3=167mm,取200mm板数：n=19块板厚：12mm折流板管孔径：26mm管心距：32mm各程相邻管的管心距为44mm拉杆采用定距螺栓拉杆，均匀布置在管束的外边缘，用于安装折流板数量6根，直径16mm2.6换热器核算1.壳程对流传热系数0.14u广211w对弓形折流板，采用克恩公式。2=0.36=oRe0.55Pr13de当量直径：由正三角形排列得=0.01809m壳程流通截面积So=BD1d

18、0、(1=0.150.41-0.0250.012m0.03125壳程流体流速:U24794.536007150.012=0.1552(m/s)壳程雷诺系数Re2=deu2：00.018090.1552715e20=工=3137.02626.410C“普兰特准数Pr=-p-10口02.481036.4104一=11.9340.1330.18黏度校正系数1.02.管程对流传热系数二1=0.023与Re0.8Pr0.3d1、一一一一nO管程流通截面积S=-d124-=0.785X0.022X=0.010048p417795.678管程流体流速U1=3600996.2=0.4938m/s0.01004

19、8管程雷诺系数Re=d1U1R0.020.4938996.28.439510"=11657.65C普兰特准数Pr=-p14.1761038.439510工8.439510工=11657.650tl=0.023x°14x(1167.65)0.8父5.740.3=2137.118W/(m2.)0.02传热系数KK=1d0等.Rs2.二1d1d11dm二20.0252137.1180.02010.0250.00250.025一U1""0.000340.00050.020450.02241506.675=282.4859W/(mC)管子传热面积S=4K：tm33

20、0290.22.9488282.4850.9505实际面积Sp=Ttd0L(N-Np)=3.14X0.025X3X(128-64)=27.0825m2面积未&度H二互二SS27.0825-22.9488=18。符合15%25%的范围,该换热器能完成生产任务。22.94883.换热器流动阻力管程流动阻力:=PiRFtNsNpNs=2Np=4Ft=1.5d：必2R"3-d1239962049382:0.032-二582.985Pa0.02（由于Re=23317.16,绝对粗糙度£=0.01查表，得入3=0.01,d001=0.005)20P2=2996.20.49382

21、=3=364.37PaZPP.=(AP+AP2FtNSNp=18364.08Pa<0.1MPa管程流动阻力在允许范围之内壳程流动阻力:工APo=gp'+AP2'FtNsNs=1Ft=1.15流体流经管束的阻力:-122.R'=Ff2ncNb1£2=0.50.59131319150.55=661.93PaF=0.5Nb=19nc=9f2=5Re-0.228=5X11657.650.228=0.5813流体经过折流板缺口阻力:P2=Nb3.5空i-u2=19父(3.52葭DJ2'20.150.47150.1552=449.93085Pa总阻力二,P2

22、=(661.93449.930851.152=2557.279Pa二0.1MPa壳程流动阻力也较适宜。第三章设计结果汇总参数管程（水）壳程（柴油）流量/kgh17795.6784794.50进/出口温度/=C36/20140/40定性温度/=C2890密度/kgm3996.2715定压比热容/kJ/（kgC）4.1762.48粘度/Pas0.000843950.00064热导率/W/(mC)0.6140.133普朗克数5.7411.934形式浮头式台数1壳程内径/mm500壳程数2管径/mm(|)25X2.5管心距/mm31.25管长/mm3管子排列正三角形管数目/根128折流板数/块19传热

23、回积/m224.7594材质碳钢流速/m/s0.98770.1552阻力/Pa18.364.082557.2799热流星/kw330.29传热系数/W/（mC）2137.118506.675设计图纸（简图）心得体会课程设计是我们专业课程知识的综合实践应用的实践训练。通过本次课程设计，让我深深体会到了“千里之行始于足下”这句话的含义，在我认真设计进行课程设计的这段时间，让我学会做事要脚踏实地、一丝不苟，只有这样才不会这在忙中出错。说实话，课程设计真的很累。但是当我开始整理自己的设计成果时，慢慢回想这两周的设计历程，心里出现一种少有的成就感。虽然这是化工设计迈出的第一步，也让我获得不少收获。其中最

24、为深刻的体会是：1.看似简单的事情，最后都会变的复杂；而复杂的事情，最后很可能会变得不可收拾。2.做事情的时候一定要专注、耐心，只有这样才不会重复犯一些不必要低级的错误。在手工绘图期间，刚开始画图时感觉自己应该已经是把要用到的数据都查好或者计算好了的，但是动手画的时候发现自己很多地方的尺寸按比例缩放后画出来很难看。而且还有一部分结构的尺寸在国标和行标中也没有找到详细参数，本来打算对于这部分结构的尺寸按照一些经验数据进行绘制，但是查阅了大量资料后仍然没什么收获。最后只有为了让图纸美观，有些小尺寸就只能自己估计着尺寸画。课程设计过程中，大量的计算有时不免令人心烦意乱，任何一步不小心的计算出错，就只

25、能从头再来。但一想起的平时两位老师的耐心教导，以及今后自己应当承担的社会责任，想到那些因某些细节失误而造成的大事故，我就会不禁提醒自己，一定要养成一种高度负责，认真对待手中的任务的态度。这次的课程设计使我在工作作风得到了一次难得的磨练，短短两周的时间，使我发现了自己所掌握的知识是如此的匮乏，对专业知识的综合应用是如此的不足。想到这里自己觉得很是惭愧。虽然这次课程设计让我觉得这两周的生活过的很黑暗，但设计还是在自己的努力下顺利完成了，尽管这个设计还存在着一些不足之处。敬请老师多多指正。也希望通过这次老师的指点和同学的讨论，让我在以后的设计上能得到最后感谢徐慎颖老师、张燕老师一学期以来对我们的辛勤教导，耐心辅助，以及和我一起讨论设计的同组成员的相互协作，你们是让我较为顺利