重油冷却器的设计

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：1.8×104t/a重油2、设备型式：标准列管式换热器3、操作条件（1）釜残油：重油，入口温度102℃，出口温度40℃。（2）冷却介质：井水，入口温度19℃，出口温度30℃。（3）换热器管程和壳程压强降：不大于100kPa。（4）重油在平均温度下的物性数据：ρ=986kg/m3μ=2.9×10-3Pa.scp=1.99kJ/(kg·℃)λ=0.136W/(m·℃)（5）每年按330天计，每天24小时连续运行。4、建厂地址：本溪地区三、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天目录化工原理课程设计任务书..............................................I1概述..............................................................12换热器的工艺计算..................................................32.1基础物性数据.................................................32.2换热器面积的估算.............................................32.2.1热负荷计算.............................................32.2.2平均传热温差及其校正...................................32.2.3传热面积...............................................42.3换热器工艺尺寸的计算.........................................42.3.1壳程流通截面积、流速及雷诺数的计算.....................42.3.2折流板的选择...........................................52.3.3接管...................................................53换热器核算...............................................................................................................................63.1传热能力的核算...............................................63.1.1管程的对流传热系数.....................................63.1.2壳程的对流传热系数.....................................63.1.3污垢热阻和管壁热阻.....................................63.1.4总传热系数.............................................73.2传热面积核算.................................................73.3换热器流体阻力计算...........................................73.3.1管程流体阻力计算.......................................73.3.2壳程流体阻力计算.......................................8设计结果汇总........................................................9设计评述...........................................................10参考文献...........................................................11附录...............................................................121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712/40102T）（C管程井水的定性温度5.242/3019T）（C根据定性温度，分别查取管程和壳程流体的有关物性数据。物性参数表流体t，℃ρ，kg/m3μ，mPa·s重油719862.9井水24.3994.30.890流体cp，kJ/（kg·℃）λ，W/（m·℃）腐蚀性重油1.990.136有井水4.1740.618－2.2换热器面积的估算2.2.1热负荷计算重油的质量流量：h/kg22722433010108.1m340热流量：W10184.2kJ/h108.2)40102(99.12272)(mQ5521200TTcp2.2.2平均传热温差及其校正102T1℃40T2℃19t1℃30t2℃39.41194030102ln)1940()30102(lnt2121ttttm℃6.5193040102t-tT-TR212113.0191021930tTt-tP2121查图求得温差修正系数φ93.0t，所以mm'ttφ49.3893.093.41t℃2.2.3传热面积初选240kw/(m2.℃)，所以25m6.2349.3824010184.2kAmtQ选用的换热器的面积一般应比计算值大10%—15%，故2'14.276.2315.1Am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=0.01982m公称直径DN=450mm管程数为2管子数为126N中心管排数为12nc管心距mm32t2.2.4净水用量h6098.36kg/)1930(174.4108.2W51tcQp2.3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：mm8.4507.01263205.1t05.1DN采用弓形折流板，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=0.25×450=112.5mm，可取h=110mm取折流挡板间距mm24.1358.4503.0D3.0B,可取0.15Bm故流通截面积：202m315.0015.002.012-45.0Bdn-DA）（）（c流速：smAmu/023.00315.09863600227236002202当量直径：mmddte02.0025.0)025.04032.023(4)423(4d220202雷诺数：4.156109.202.0986023.0Re32222edu5.195109.2025.0986023.0Re32022'2du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。2.3.2折流板的选择折流板数:)(19115030001N块BLB2.3.3接管壳程流体进出口接管：取接管内重油流速为sm/0.1u1,则接管内径为：mu029.01.014.39863600227244Vd111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：m038.01.514.3994.3360036.609844Vd222u取整后圆管内径也可取为40mm。3换热器核算3.1传热能力的核算3.1.1管程的对流传热系数设管内流速s/m6.0u1雷诺数：431111110134061089.002.03.9946.0Redu普朗特数：953.5624.010174.410890.0Pr331111pc5.2455953.5)13406(02.0624.0023.0PrRed023.03.08.03.018.01111W/(2m·℃)3.1.2壳程的对流传热系数对弓形折流板,可采用克恩公式0.551322220.36RePred雷诺数4.156Re2普朗特数43.42136.01099.1109.2Pr332222pc因壳程流体被冷却，故取粘度校正=1.053.58505.143.424.15602.0136.0036.0PrRed36.03/155.03/155.0222eW/(2m·℃)3.1.3污垢热阻和管壁热阻122121WKm00176.0RWKm00058.0R3.1.4总传热系数3.585100176.00225.04502.00025.0025.002.000058.0025.05.245502.011d1K221011011RdbdddRdm=234w/(m2.℃)3.2传热面积核算传热面积：25m24.2449.3823410184.2KAmtQ该换热器的实际传热面积：20'67.291263025.014.3AmLNd该换热器的面积裕度:%4.22%10024.2424.2467.29%100AA'-AH传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务3.3