用于60万吨年煤油换热的列管式换热器的设计

化工课程设计——列管式换热器郝金龙化学与材料工程学院应用化学专业化工原理课程设计题目用于60万吨/年煤油换热的列管式换热器的设计指导教师000000学生姓名000000学号121111000002015年4月17日化工课程设计——列管式换热器郝金龙列管式换热器设计任务书一、设计题目：用于60万吨/年煤油换热的列管式换热器设计二、设计任务及操作条件1、设计任务处理能力：60万吨设备型式：列管式换热器2、操作条件（1）煤油：入口温度70出口温度30（2）冷却介质：循环水入口温度20出口温度40（3）允许压降：不大于0.1MPa（4）煤油定性温度下的物性数据CmWCkgkJcsPamkgocopccc/14.0/22.21005.7/82543（5）每年按300天计算，每天24小时连续运行。3、设备型式列管式4、厂址温州大学三、设计内容1、概述2、设计方案的选择3、确定物理性质数据4、设计计算（1）计算总传热系数(2)计算传热面积5、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（3）接管尺寸的确定6、设计结果汇总7、工艺流程图及换热器工艺条件图8、设计评述四、图纸要求1．工艺流程图2．列管式换热器装配图化工课程设计——列管式换热器郝金龙-1-目录一、概述……………………………………………………………………………………………………………2二、换热器的分类…………………………………………………………………………………………………22.1.1间壁式换热器……………………………………………………………………………………………22.1.2蓄热式换热器……………………………………………………………………………………………22.1.3流体连接间接式换热器………………………………………………………………………………32.1.4混合式换热器……………………………………………………………………………………………32.2.1冷却器……………………………………………………………………………………………………32.2.2加热器……………………………………………………………………………………………………32.2.3预热器……………………………………………………………………………………………………32.2.4过热器……………………………………………………………………………………………………32.2.5蒸发器……………………………………………………………………………………………………3三、设计方案………………………………………………………………………………………………………5四、确定物理性质数据……………………………………………………………………………………………7五、设计计算………………………………………………………………………………………………………81、热流量………………………………………………………………………………………………………82、平均传热温差………………………………………………………………………………………………83、冷却水用量…………………………………………………………………………………………………94、总传热系数K………………………………………………………………………………………………95、计算传热面积………………………………………………………………………………………………106、主要设备工艺尺寸设计……………………………………………………………………………………116.1、管径尺寸和管内流速的确定………………………………………………………………………116.2、传热面积、管程数、管数和壳程数的确定………………………………………………………116.3、管程数和传热管数…………………………………………………………………………………116.4、平均传热温差校正及壳程数………………………………………………………………………136.5、传热管排列和分程方法……………………………………………………………………………136.6、壳体内径………………………………………………………………………………………………136.7、折流板…………………………………………………………………………………………………146.8、接管……………………………………………………………………………………………………147、换热器核算…………………………………………………………………………………………………147.1、热量核算………………………………………………………………………………………………147.1.1壳程对流传热系数……………………………………………………………………………………147.1.2、壳层对流传热系数…………………………………………………………………………………157.2.1、传热系数K…………………………………………………………………………………………157.2.2、传热面积S…………………………………………………………………………………………167.3、换热器内流体的流动阻力……………………………………………………………………………167.3.1管程流动阻力…………………………………………………………………………………………167.3.2、壳层流动阻力………………………………………………………………………………………18六、工艺流程图及装配图…………………………………………………………………………………………20七、设计小结………………………………………………………………………………………………………20八、参考文献………………………………………………………………………………………………………22化工课程设计——列管式换热器郝金龙-2-一.概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。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。列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。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。二.换热器的分类换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：2.1换热器按传热原理可分为：2.1.1间壁式换热器间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。2.1.2蓄热式换热器化工课程设计——列管式换热器郝金龙-3-蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。2.1.3流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。2.1.4混合式换热器混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，冷水塔、气体冷凝器等。2.2换热器按用途分为：2.2.1冷却器冷却器是把流体冷却到必要的温度，但冷却流体没有发生相的变化。2.2.2加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。2.2.3预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。2.2.4过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。2.2.5蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热器。它包括:固定管板式换热器、U型管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。以下介绍几种列管式换热器。化工课程设计——列管式换热器郝金龙-4-（1）固定管板式固定管板式换热器管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热。当两流体的温度差较大时，为了避免较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（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。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。优点：构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。缺点：壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。（2）U形管式U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。优点：结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管束可抽出，管间（壳程）清洗方便；质量轻，适用于高温和高压的场合。缺点：管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料；由于管子需要一定的弯曲半径，故管板利用率低；管束最内层间距大，壳程易短路；内层管子不能更换，因而抱人率高。化工课程设计——列管式换热器郝金龙-5-U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内，可是高压空间减小，密封易解决，并可节约材料和减少热损失。（3）浮头式浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与凹型槽相连通。浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，因此管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力优点：管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；介质间温差不受限制；可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕；可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合；完全消除温差应力，应用普遍。缺点：小浮头易发生内漏；金属材料耗量大，成本高20%；结构复杂。化工课程设计——列管式换热器郝金龙-6-三.方案设计根据任务书给定的冷热流体的温度，两流体温度变化情况：热流体进口温度70℃，出口温度30℃；冷流体