浮头式换热器课程设计.doc

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目录

一设计任务书 2

二设计计算 2

2.1确定设计方案 2

2.11选择换热器类型 2

2.12管程安排 2

2.2确定物性数据 2

2.3估计传热面积 3

2.31热流量（忽略热损失） 3

2.32冷却水的用量 3

2.33平均传热温差 3

2.34初算传热面积 4

2.4工艺结构尺寸 4

2.41管径和管内流速 4

2.42管程数和传热管数 4

2.44传热管排列和分程方法 5

2.45壳体直径 5

2.46折流板 5

2.47接管 6

2.5换热器核算 6

2.51传热面积校核 6

2.52换热器内压降的核算 8

三设计结果汇总表及图 9

一设计任务书

某生产过程中，需将6000kg/h的原油从175℃冷却至130℃，压力为0.4MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.3MPa，循环水进口温度25℃，出口温度为55℃。

试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

二设计计算

2.1确定设计方案

2.11选择换热器类型

两流体的温度变化情况:

原油进口温度175℃，出口温度130℃；

循环冷却水进口温度25℃，出口温度55℃。

考虑到换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

2.12管程安排

由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加速污垢增长速度，使换热器的热流量下降，故总体考虑，应使循环冷却水走管程，原油走壳程。

2.2确定物性数据

定性温度：

对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

故壳程原油的定性温度为：

℃

管程循环冷却水的定性温度为：

℃

已知原油在定性温度下的有关物性数据如下：

密度          ＝820kg/m

导热系数        ＝0.128W/m℃  

定压比热容   ＝2.20kJ/kg℃   

粘度          ＝0.665mPa﹒s   

循环冷却水在40℃下的物性数据如下：

密度           ＝992.2kg/m

导热系数        ＝0.634W/m℃  

定压比热容   ＝4.1744KJ/kg℃  

粘度          ＝0.656mPa﹒s 

2.3估计传热面积

2.31热流量（忽略热损失）

2.32冷却水的用量

2.33平均传热温差

先按照纯逆流计算得：

℃

2.34初算传热面积

由总传热系数的选择表可得：

K的取值范围为290~698，在K的取值范围内，取K=320。

则估算的传热面积为：

2.4工艺结构尺寸

2.41管径和管内流速

选用较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速

2.42管程数和传热管数

可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，传热管较长，宜采用多管程结构，根据本设计实际情况，可取传热管管长L=1.5m，则该换热器的管程数为：

传热管总根数

2.43平均传热温差校正及壳程数

平均温差校正系数计算如下：

按单壳程温差校正系数应查有关图表，可得：

平均传热温差℃

由于平均传热温差校正系数大于0.8，故取单壳程合适。

2.44传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。

取管心距；mm

隔板中心到离其最近一排管中心距离按式计算：

2.45壳体直径

采用多管程结构，壳体直径可按式估算，取管板利用率，则壳体直径为

圆整可取。

此时符合要求。

2.46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%，则切去的圆缺高度为取h=100mm。

取折流板间距则：

可取B=150mm

折流挡板数

2.47接管

壳程流体进出口接管：

取接管内原油流速为，则接管内径为：

圆整后可取管径为60mm。

管程流体进出口接管：

取接管内循环水流速，则接管内径为：

圆整后取管径为60mm。

2.5换热器核算

2.51传热面积校核

（1）管程对流传热系数，按式计算：

管程流通截面积：

管程流体流速和雷诺数分别为：

普兰特准数：

（2）壳程对流传热系数，对于圆缺形折流板，可采用克恩公式：

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数分别为：

粘度校正

（3）污垢热阻和管壁热阻

（管壁内侧）=0.00035

（管壁外径）=0.0003

已知管壁厚度b=0.0025m

碳钢在该条件下的热导率为：

（4）总传热系数K

（5）传热面积校核，依式可得所计算传热系数面积为：

该换热器的实际传热面积：

该换热器的面积裕度为：

传热面积裕度适合，该换热器能够完成生产任务。

2.52换热器内压降的核算

（1）管程阻力

由，传热管相对粗糙度，查莫狄图得。

流速：

管程流动阻力在允许范围内。

（2）壳程阻力

F=0.5

为折流挡板数，=9

总阻力

壳程流体也比较适宜。

三设计结果汇总表及图

换热器形式：

浮头式

管口表

传热面积（）：

5

符号

尺寸

用途

工艺参数

a

名称

管程

壳程

b

物料名称

循环水

原油

c

操作压强，

0.3

0.4

d

操作温度，℃

25/55

175/130

e

流量，kg/h

4743.2

6000

f

流体密度，

992.2

820

流速，

0.47

0.23

传热量，

165

总传热系数，

357

对流传热系数，

3825.3

602.2

污垢系数，

0.00035

0.0003

阻力降，

4718

1324

程数

5

1

推荐使用材料

碳钢

碳钢

管子规格

管间距，

折流板型式

壳体内径，

273