重油冷却器的设计

1、重油冷却器的设计课程名称：化工原理课程设计题目：重油冷却器的设计系部：专业：学生姓名：班级：学号：指导教师姓名:设计完成时间:化工原理课程设计任务书一、设计题目：重油冷却器的设计二、设计任务及操作条件1处理能力：1.8104t/a重油2、设备型式：标准列管式换热器3、操作条件釜残油：重油，入口温度102C，出口温度40C。冷却介质：井水，入口温度19C，出口温度30C换热器管程和壳程压强降：不大于100kPa。重油在平均温度下的物性数据：p=986kg/r?i卩=2.9x-3pa.scp=1.99kJ/(kgC)入=0.136W/(mC)每年按330天计，每天24小时连续运行。4、建厂地址：本

2、溪地区三、设计计算内容：1、传热面积、换热管根数；2、确定管束的排列方式、程数、折流板的规格和数量等；3、壳体的内径；4、冷、热流体进、出口管径；5、核算总传热系数；6、管壳程流体阻力校核。四、设计成果:设计说明书一份五、设计时间一周。六、设计进程：指导教师布置实践题目0.5天设计方案确定0.5天工艺计算2.0天绘图0.5天编写实践说明书1.0天答辩0.5天目录TOCo1-5hz化工原理课程设计任务书I1概述12换热器的工艺计算22.1基础物性数据22.2换热器面积的估算3热负荷计算3平均传热温差及其校正3传热面积42.3换热器工艺尺寸的计算4壳程流通截面积、流速及雷诺数的计算4折流板的选择5

3、接管53换热器核算53.1传热能力的核算5管程的对流传热系数5壳程的对流传热系数6污垢热阻和管壁热阻6总传热系数63.2传热面积核算73.3换热器流体阻力计算7管程流体阻力计算7壳程流体阻力计算7设计结果汇总8设计评述9参考文献10附录111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

4、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。1-折流挡板；2-管束；3-壳体；4-封头；5-接管；6-管板图1-1固定管板式换热器特点：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

5、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。图1-2U形管式换热器特点：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。图1-3浮头式换热器特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍2换热器的工艺计算2.1基础物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程重油的定性温度T（10240）/271C管程井水的定性温度T(1930)/224.5C根据定性温度，分别查取管程和壳程流体的有关物性数据物性参

6、数表流体t,CP,kg/m3卩,mPa-s重油719862.9井水24.3994.30.890流体Cp,kJ/(kgC/入，W/(m-C/腐蚀性重油1.990.136有井水4.1740.618一2.2换热器面积的估算2.2.1热负荷计算重油的质量流量：mo卫102272kg/h33024热流量：Qom0cp2(T,T2)22721.99(10240)2.8105kJ/h2.184105W平均传热温差及其校正T1T1102C40Ct119Ct230Ctm(10230)(4019)In丄t2in型304041.39C19T1-T2102t1-t2405.63019型少0.1310219查图求得温差

7、修正系数t0.93,所以tmtmtC传热面积初选k240w/（m2C），所以AQktm24923.6m2选用的换热器的面积一般应比计算值大10%15%故A2根据传热面积，查书后附录十九可知:选用252.5传热管（碳钢）换热管长度L=3000mm管程的流通截面积为s=0.0198m2公称直径DN=450mm管程数为2管子数为N126中心管排数为nc12管心距t32mm2.2.4净水用量56098.36kg/n6098.36kg/nw28一cp1t4.174(3019)2.3换热器工艺尺寸的计算2.3.1壳程流通截面积、流速及雷诺数的计算壳程内径:450.8mm采用弓形折

8、流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径为25%则切去圆缺高度为h=0.25450=112.5mm,可取h=110mm取折流挡板间距,可取B0.15m故流通截面积：A2(D-ncd0)B()2流速：u2流速：u2m36002A2227236009860.03150.023m/s由以上核算看出，初选的换热器，管程、壳程的流速和雷诺数都是合适的当量直径:de4(22-d02)44(、30.03220.0252)4002mmd0U.UZ.1111110.025雷诺数：Re2U22de0.0239860.02156.4232.9101Re2U22d00.0239860.025195.522.91032.3

9、.2折流板的选择折流板数：NbL1B折流板数：NbL1B3000119(块)150接管壳程流体进出口接管:壳程流体进出口接管:取接管内重油流速为U11.0m/s,则接管内径为:d14V1U14227236009860.029m取整后圆管内径可取为30mm管程流体进出口接管：取接管内井水水流速u=1.5m/s，则接管内径为:d24V2U2:360046098.360.038m取整后圆管内径也可取为40mm3换热器核算3.1传热能力的核算管程的对流传热系数设管内流速u10.6m/s雷诺数：Re106沁半1340610410.89103普朗特数：Pri1cp1.89010341741035.9530

10、.62410.02Re10.8Pr10.30.0230624(13406)0.85.9530.3d10.02C)壳程的对流传热系数对弓形折流板，可采用克恩公式2455.5W/(m20.36Re2.55Pr213de雷诺数Re2156.4普朗特数Pr2虽29卫1.991042.4320.136因壳程流体被冷却，故取粘度校正=1.0520.551/30.36Re2Prde0.1360.551/3W/(污垢热阻和管壁热阻R10.00058m2KWR20.00176m2KW总传热系数1d11dR1dd0bdidmR20.020.020.025450.02250.001761585.3=234w/(m.

11、C)3.2传热面积核算传热面积：AQ.18410524.24m2Ktm23438.49该换热器的实际传热面积：Ad0312629.67m2该换热器的面积裕度：HA-A100%A24.24100%22.4%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务3.3换热器流体阻力计算3.3.1管程流体阻力计算Pt(PiPr)FtNsNpNs1,Np2,Ft1.4Pi21U1U1Pi1d1Pr22u13u122W36001s6098.360.086m/sL1d121U120.624-0.02344.16PaPr3u21230.0862994.3211.03Pa所以管程总压降：Pt(PPr)FtNsNp()1.

12、412994.63Pa100kpa管程流动阻力在允许范围之内。3.3.2壳程流体阻力计算Ps(P1P2)FsNs流体流经管束的阻力:PiFf(NB1)其中F0.5f05.00.228Re。5.0u0d00nc12Nb19U20.023m/s5.01.632.910p1Ff0(NB1)2U22(191)9860.02324.17Pa流体流过折流板缺口的阻力:p2Nb(3.52h)U22D)219(3.520.11)9860.02320.45)14.92Pa总阻力:Ps(P1P2)FsNs)壳程流动阻力也比较适宜设计结果汇总名称管程壳程换热器型式固定管板式使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数，根

13、126管长，mm3000管间距，mm32中心排管数nc12管子排列方式正三角形折流挡板型式弓形折流挡板间距，mm150折流挡板切口咼度25%壳体内径，mm450程数21流通面积，m20.01980.0315传热面积，m224.24物料名称井水重油操作压力，MPa0.000990.000022操作温度，C（进/出）30/19102/40流里，kg/h6098.362272流速，m/s0.0860.023热负荷，kw1038.8流体流动形式逆流对流传热系数，w/m2k2455.5585.5总传热系数，w/m2k234裕度22.4%压力降，Pa994.6321.95设计评述经过了一个星期的学习和工作

14、，我终于完成了本次化工原理课程设计重油冷却器的设计，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对课程设计一无所知，对CAD制图等相关技术不是很了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩设计一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间通过这次课程设计使我充分理解了实践的重要性，尤其要把理论和实践结合起来，我们利用课本上学到的知识去解决实际问题，设计时要有一个明确的思路，要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择合

15、适的设计参数。在做计算这一部分的时候，由于一开始思路和素质的错误，导致所有的努力付诸东流。但是从中发现了错误，总结了经验是值得兴慰的，为以后的成功奠定了基础。本次课程设计的训练让我对自己的专业有了更加深刻的认识，这对我们的继续学习是一个考验，虽然我的课程设计不是很成熟，还有很多不足之处，但通过课程设计，使我树立正确的设计思想，培养了实事求是、严肃认真的工作态度。参考文献1袁庆龙，候文义.Ni-P合金镀层组织形貌及显微硬度研究J太原理工大学学报，2001,32（1）:51-53.（连续出版物：序号主要责任者文献题名J.刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码）2刘国钧，王连成.图书馆史研究M.北京

16、：高等教育出版社，1979:15-18，31.（专著：序号主要责任者文献题名M出版地：出版者，出版年：起止页码.）3孙品一.高校学报编辑工作现代化特征C.中国高等学校自然科学学报研究会.科技编辑学论文集.北京：北京师范大学出版社，1998:10-22.（论文集：序号主要责任者.文献题名C/主编.论文集名.出版地：出版者，出版年：起止页码.）4张和生.地质力学系统理论D.太原：太原理工大学，1998.（学位论文：序号主要责任.文献题名D.保存地：保存单位，年份.）冯西桥.核反应堆压力容器的LBB分析R.北京：清华大学核能技术设计研究院，1997.（报告：序号主要责任.文献题名R.报告地：报告会主办单位，年份.）姜锡洲.一种温热外敷药制备方案P.中国专利：881056078,1983-08-12.（专利文献：序号专利所有者.专利题名P.专利国别：专利号，发布日期.）7GB/T16159-1996,汉语拼音正词法基本规则S.北京：中国标准出版社，1996