煤油换热器课程设计

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煤油换热器设计任务书

一、设计题目：煤油换热器设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：

生产能力（进料量）2.6928×104吨／年操作周期7920小时／年2、操作条件

煤油：入口温度100℃

出口温度40℃冷却介质：自来水

入口温度30℃出口温度50℃

允许压强降：不大于5×105Pa3、设备型式列管式换热器4、厂址信阳三、设计内容：

1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算

3、主要设备工艺尺寸设计

（1）冷凝器和再沸器结构尺寸的确定（2）传热面积、两侧流体压降校核（3）接纳尺寸的确定4、换热器机械设计计算5、设计结果汇总

6、工艺流程图及换热器装配图7、设计评述三、参考资料

1

目录

一、前言1二、设计任务4三、设计条件4四、设计方案4

1.流径的选择42.材质的选择53.管程结构的选择54.选择换热器的类型65.滚动空间及流速的确定66.确定物性参数6五、工艺计算6

1.估算换热面积62.管径和管内流速83.管程和传热管数84.平均传热温差校正及壳程数85.传热管的排列和分程方法86.壳体内径87.折流板98.接纳99.换热器核算9六、工艺计算一览表12七、换热器机械设计13

1.换热器壁厚设计与液压试验132.封头143.管板144.容器法兰14

2

5.接纳尺寸146.接纳法兰157.管子拉脱力的计算158.计算是否安装膨胀节169.折流板1610.拉杆1711.离心泵的选取1712.结构设计一览表17八、设计总结18九、

??1.15?26.93?30.97m2考虑15%的面积裕度S?1.15S估2.管径和管内流速

选用φ25×2.5mm的碳钢管，管内流速取u=0.5m/s3.管程和传热管数

Ns?qv?4diu263433600?992??12根20.785?0.02?0.5按单程管计算，所需的传热管长度为

L?S估?d0Ns?30.97?32.9m

3.14?0.025?1232.9?6（管程）6按单管程设计，传热管过长，现取管长为6m，则Np?则传热管数总根数n?12?6?72根4.平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数计算如下：

t1?30℃t2?50℃T1?100℃T2?40℃P?t2?t1T?T2100?4050?30??0.2857R?1??3T1?t1100?30t2?t150?30按2壳程6管程，查表由??t?0.91得：

平均传热温差?tm???t??tm?0.91?24.85?22.61℃

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2壳程适合。5.传热管的排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距=1.25d,则t=1.25

横过管束中心线的管数NTC?1.19N?1.1972?11根6.壳体内径

D?t(NTC?1)?2b/?32?(11?1)?2?1.5?2.5?395mm

计算的到的壳体直径应按换热器的系列标准进行圆整。可取D=400mm。

8

7.折流板

采用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

h?0.25?400?100mm，故可取h=140mm。

取折流板间距B?0.3D，则

B?0.3?400?120mm,取B为120mm

折流板数目NB?传热管长6000?1??1?49块

折流板间距120折流板圆面缺水平安装。8.接纳

壳程流体进出口接纳：取接纳内流体流速为u1?1m/s，接纳内径为

D1?4qm/?0.944/825??0.0382m，圆整后可取管内径为40mm。?u3.14?1管程流体进出口接纳：取接纳内流体流速为u2?1.5m/s，则接纳内径为

D2?4?6364/(3600?992)?0.0388m，圆整后可取管内径为40mm。

3.14?1.59.换热器核算9.1校核传热面积

9.1.1壳程对流传热系数

管子按正三角形排列，传热当量直径为

de?t4(32?23?t?d0)4(?0.0322??0.0252)2424??0.02m?d0??0.025壳程流通截面积

S0?BDi(1?d00.025)?0.12?0.4?(1?)?0.0105m2Pt0.032壳体流体流速及其雷诺数分别为

u0?qm0.499??0.109m/ss0??0.0105?8259

Re0??deu0825?0.02?0.109??2076.8?3?0.866?10cp?0.866?10?3?2.22?103??13.73普朗特数Pr0??0.14黏度校正(?0.14)?1?w则壳程传热膜系数

?0?0.36?1de?Re00.55?0.14Pr()0.14?0.36??2076.80.55?13.733?1?402.9W/m2?℃

?w0.021319.1.2管程对流传热系数

管程流通截面积Si?0.785?0.022?管程流体流速和雷诺数分别为

72?3.768?10?3m26ui?qm6343/(3600?992)??0.471m/s?3si?3.768?10Re??deui?0.02?0.471?992/(0.694?10?3)?13465?cp?4.17?103?0.694?10?3??4.56普朗特数Pr??0.634管程传热膜系数

?i?0.023?diRe0.8Pr0.4?0.023?0.6340.8?13465?4.560.4?2690W/m2?℃0.029.1.3总传热系数K

K?1d0dbd1?Ri0?0?R0??ididi?dm?0si

?1

0.0250.0250.0025?0.0251?0.000344??0.000172?2690?0.020.0245?0.0225402.9?277W/m2?℃9.1.4传热面积校核

10

Q146.94?103S????23.46m2

K?tm277?22.61实际传热面积S??d0l?N?nc??3.14?0.025??6?0.06???72?11??28.44m2换热器的面积裕度为

S?S'28.44?23.46H??100%??100%?17.5%

S?28.44传热面积裕度适合，该换热器能够完成生产任务。9.2滚动阻力校核

9.2.1管程阻力

由Re?13465，传热管相对粗糙度0.005，参考图??Re双对数坐标图得??0.03，流速ui?0.471m/s，??992Kg/m3，所以

l?ui60.4712?992?P1???0.03???990Pa

d20.0222??P?(?P??P)NNi12spFi?(990?330)?2?6?1.4?22176?5?105Pa

Ns?2,Np?6

992?0.4712?P2???3??330Pa

22?ui2管程流体阻力在允许范围之内。

9.2.2壳程阻力

按下式计算

其中Ns?2,Ft?1.15

???P0?(?P1??P2)FtNs

流体流经管束的阻力

?P1?Ff0nc(NB?1)??u022

F?0.5,f0?5.0?Re0?0.228?5.0?2076.8?0.228?0.8762

11

nc?11，折流板数NB?49，u0?0.109m/s

825?0.1092?756Pa则?P1?0.5?0.8762?11?(39?1)?2?2B?u0流体流过折流板缺口的阻力?P2?NB(3.5?,)D2?2其中B?0.12m,D?0.4m，

2?0.12825?0.1092)??696Pa则?P2?49?(3.5?0.42?总阻力

???P0?(?P1??P2)FtN?(756?696)?1.15?2?3340Pa?5?105Pa

该换热器的管程与壳程压降均满足要求，设计的换热器适合。

六、工艺计算一览表

附表1换热器主要结构尺寸和计算结果名称物料名称操作温度?C流体密度Kg/m3流量Kg/h对流传热系数W/m2?K流速/（m/s）污垢热阻/(m2*℃/W）

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壳体内径/m