1、列管式换热器设计任务书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（万吨/年）物料2426283032343.63.8 4042444648原油煤油柴油 2. 操作条件（1）热流体：入口温度140; 出口温度40 （2）冷却介质：岷江水（3）允许压降：不大于0.1MPa（4）物性数据原油定性温度下的物性数据
2、五、设计内容1. 设计方案的选择2. 设计计算（1）计算总传热系数（2）计算传热面积3. 主要设备工艺尺寸设计 （1）管径尺寸和管内流速的确定 （2）传热面积、管程数、管数和壳程数的确定 4. 换热器核算 5. 设计结果汇总 6. 绘制换热器简图 2.5工艺结构尺寸8第一章 概 述1.1换热器的简单介绍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。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于物料的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器式换热器
3、三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。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；另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。1.1.1 固定管板式换热器这类换热器操作简单、便宜。最大的缺点是管外侧清洗困难，因而多用于壳侧流体清洁，不易结垢或污垢容易化学处理的场合。当壳壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器，因此，一般管壁与壳壁温度
4、相差50以上时，换热器应有温差补偿装置，图为具有温差补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器。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，往往要交付他人实
5、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140，出口温度40；冷流体进口温度20，出口35。该换热器用岷江水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该
6、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。2.流动空间及流速的确定由于冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，原油走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取。2.2确定物性数据（1）热流体：入口温度140; 出口温度40 （2）冷却介质：岷江水（3）允许压降：不大于0.1MPa（4）年处理量：3.6万吨 （5）定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程原油的定性温度为 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。 原油在90下的有关物性数据如下： 水在27,5下的有关物性数据如下： 2.3计算总传热系数1.热流量 2
7、.平均传热温差 3.冷却水用量 4.总传热系数K管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数 污垢热阻 管壁的导热系数 2.4计算传热面积 考虑15%的面积裕度，2.5工艺结构尺寸1.管径和管内流速 选用252.5传热管（碳钢），取管内流速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 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=6m，则该换热器管程数为 根据初步计算结果：传热面积27.3，总管数64根，2管程，管长6m，(查化工设备设计手册表9-3）。初选管板式换热器型号为BEM-400-1.6-43.5-6/25-2I。该管板
8、式壳体直径400mm，换热面积43.5，公称压力1.6MPa，总管数94，2管程，每管程的管子数为47根。3.平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数查表得， 平均传热温差 4.传热管排列和分程方法 采用正三角形排列。管孔加工两端必须倒角0.545。取管心距，则 横过管束中心线的管数 5.壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为 圆整可取D=400mm。厚度 水压试验 所以壳体的壁厚为8mm。（化工单元设备设计表18）6.接管法兰和封头选用甲型平焊法兰，JB/T 4701-2000（化工设备机械基础表12-2）。选用椭圆形封头，JB
9、/T 4337-95 化工设备机械基础附表5，封头为DN400*8mm.曲面高度为80.0mm,直边高度为25mm,材料选用Q235-B7.管箱、管箱支座和管箱垫片管箱的分程隔板厚度为12mm。支座采用固定型和滑动型鞍式支座各一个，按JB1167-81鞍式支座的B型带垫板，高度为200mm的尺寸选取。位置尺寸为两支座间距离为换热管束长度的0.6倍，且与两端相等。耐油橡胶石棉板（GB 151-1999 附录 H）。垫片厚度，本设计确定为3mm，隔板槽部分垫片厚度取5mm，圆角尺寸取R=8mm。8.换热管和管板换热管材料选择碳钢，规格25mm2.5mm，外径公差上偏差+12%，下偏差-10%（化工
10、设备设计手册表9-15）。管板与法兰连接密封面为凸面，分程隔板槽拐角处倒角1045，隔板槽宽度为12mm，管板与换热器连接处采用胀接,管板与壳体之间采用焊接，壳体与封头之间采用法兰连接。9.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则却去的圆整高度为h=0.25400=100（mm），故取h=100mm。 取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3400=120（mm），可取B为150mm。 折流板数 由于本设计中两相全为液相故选择挡板为上下缺边形，无支撑长度300mm，故折流板厚度确定为5mm。10.拉杆拉杆直径12mm，数量4个。11.接管 壳程流体进出口接管：取接管内
11、原油流速为u=1.0m/s，则接管内径为 取标准管径为40mm。 管程流体进出口接管：取接管内水流速u=1.5m/s，则接管内径为 取标准管径为50mm。2.6换热器核算1.热量核算（1）壳程当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺系数和普兰特准数分别为 由于Re2000,壳程有折流挡板，由于流体被冷却 ，查表， （2）管程对流传热系数 管程流通截面积 管程流体流速 普兰特准数 （3）传热系数K （4）传热面积S 与前面初选值基本相符，还有的富裕量。2.换热器内流体的流动阻力（1）管程流动阻力 由Re=11556.3，传热管相对粗糙度 ，查图得 ，流速 ，所以 管程流动
12、阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力 流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力 壳程流动阻力也比较适宜。管程和壳程流体阻力均未超过0.1MPa。选用管板式换热器BEM-400-1.6-27.3-6/25-2I满足工艺要求。2.7换热器的主要结构和尺寸（列表）换热器的形式 固定管板式换热面积 27.3工艺参数名称管程壳程物料名称岷江水原油操作压力KPa1.61.6操作温度20/35140/40流量kg/h14630.44166.7流体密度996.5815流速m/s0.410.108传热量 kW 254.63总传热系数 233.8对流传热系数2544.6362.3污垢系数0.000344
13、0.000444流动阻力2955.121864.035程数21材质碳钢碳钢管的规格规格管数 64管长 6.0m管中心距32mm排列方式正三角形折流版型式圆缺形间距150mm壳体内径400mm保温层的厚度20mm 心得体会本次课程设计历时近两周，在此期间我查阅和学习了一些相关资料。在和其他同学共同探讨下完成了该项设计任务。以前从未接触过此类的课程作业，在这个过程中收获很多，体会也很多。通过这次学习我深切地感受到“学以致用”的重要性和艰难程度，我们随口所说的“理论联系实践”，做起来需要的不仅仅是考试的成绩，还需要扎实的理论功底、查阅文献获得所需信息的基本功、客观问题和解决方案的分析综合能力以及动手
14、能力等诸多缺一不可的能力的综合应用。因此，我们应永远保持谦虚谨慎的学习态度和注重自身各项能力的培养。在课设过程中，起初，通过和同学讨论，我先对各基本参量（冷却水进出口温度等）做了初步确定，选择了感觉是较为合理的值。接着便是课设计算部分。中间部分还可以，仅是计算繁琐些，并未遇到什么大的问题。可到了核算部分，一经核算，发现不正确，这是才意识到只能从头来过，这样经过多次的试差核算后才达到设计要求。麻烦的不是计算部分，麻烦的是计算之后发现核算不合要求，只能从头来过。在计算过程中，自己的计算能力得到了一个很好的检验和锻炼。刚开始计算时，由于轻视，第一次核算下来发现正确。可经同学一检查才发现计算过程本身存
15、在很多错误，则结果当然不正确，只能从头开始。经过几次的计算核算，我也越来越谨慎小心，计算过程出错后，整个流程计算就作废了。只因一个数据出问题而从头再来的核算不知反复了几次！这次设计训练中，我最大的收获是对说学专业的认识进一步加深、学习目的的进一步明确、学习方法的初步掌握。该设计虽然付出了不少心血，但由于本人能力所限，成果难免谬误之处，恳请老师和同学批评指正。 参考文献1.上海医药设计院.化工工艺设计手册(上、下).化学工业出版社，19862.尾范英郎（日）等，徐忠权译.热交换设计手册，19813.时钧，汪家鼎等.化学工程手册，化学工业出版社，19964.卢焕章等.石油化工基础数据手册，化学工业出版社，19825.陈敏恒，丛德兹等.化工原理(上、下册)(第二版).化学工业出版社，20006.大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连理工大学出版 社，20087.柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津科学技术出版社，19958.邹华生，钟理等.传热传质过程设备设计.华南理工大学出版社，2007评语及成绩题 目列管式换热器成 绩系（分院）年级学号学生姓名评语指导教师签名：2012年 12 月 22 日
