处理量20万吨柴油冷却器的课程设计Word格式文档下载.docx

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（1）处理能力：

200000t/a柴油；

（2）设备型式：

列管式换热器；

（3）选择适宜的列管换热器并进行核算；

（4）绘制带控制点的工艺流程图和设备结构图，并编写设计说明书。

摘要

柴油冷却器是帮助柴油散热的一个装置。

本次课程设计采用浮头式换热器来实现柴油冷却。

在设计中，主要以循环水为冷却剂，在给定的操作条件下对柴油冷却器进行设计。

本设计的内容包括：

1、设计方案的确定：

换热器类型的选择、流动空间的选择等。

2、换热器的工艺计算：

换热器面积的估算、换热器工艺尺寸的计算、换热器的核算等。

3、操作条件图等内容。

目录

摘要 II

ABSTRACT III

第1章绪论 1

1.1换热器技术概况 1

1.2换热器的发展历程及发展趋势 1

1.2.1换热器的发展历程 1

1.2.2换热器的发展趋势 2

1.3换热器的应用 2

1.4新型换热器 2

第2章设计方案 4

2.1换热器类型的选择 4

2.1.1换热器的分类 4

2.1.2换热器的选择 7

2.2换热器的结构设计 7

2.2.1换热管布置和排列间距 7

2.2.2管板 8

2.2.3封头和管箱 9

2.2.4壳体 9

2.2.5折流板 9

2.2.6缓冲板 10

2.3流动空间的选择 10

2.4流速的确定 11

2.5加热器、冷却器的选择 11

2.6流体出口温度的确定 11

2.7材质的选择 12

第3章换热器的工艺计算 13

3.1确定设计方案 13

3.1.1选择换热器类型 13

3.1.2流体间流速确定 13

3.2基础物性数据 13

3.2.1定性温度 13

3.2.2壳程柴油的定性温度 13

3.2.3管程循环水的定性温度 13

3.2.4柴油物性数据 13

3.2.5循环水物性数据 14

3.3换热面面积的计算 14

3.3.1热负荷与热换量 14

3.3.2平均传热温差 14

3.3.3冷却用水量 15

3.3.4初选换热器 15

3.4工艺结构尺寸的计算 15

3.4.1管程数和传热管数 15

3.4.2传热管排列和分程的选择 15

3.4.3壳程内径的计算 16

3.4.4折流板的选择 16

3.4.5接管计算 16

3.5换热器核算 16

3.5.1壳程对流传热系数 16

3.5.2管程对流传热系数 17

3.5.3壁面污垢热阻 18

3.5.4传热面积A 18

3.5.5换热器的内流体阻力 19

3.6换热器主要结构尺寸和计算结果 20

工艺设计主要符号说明 21

结束语 22

参考文献 23

附录 24

油气储运课程设计教师评分表 26

第1章绪论

略

第2章设计方案

化工生产中所用的换热器类型很多。

不同类型换热器，其性能各异，因此要了解各种换

热器的特点，以便根据工艺要求选用适当类型。

同时，还要根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力等。

2.1换热器类型的选择

2.1.1换热器的分类

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。

按照冷热物料间接触方式，换热器可以分为直接式换热器、蓄热式换热器、表面式换热器（间壁式换热器）。

虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单、制造容易等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使其在应用上受到限制。

因此工业上所用换热设备以间壁式换热器居多。

间壁式换热器的类型也是多种多样，按照基本换热元件的型态可分为管式和板式两大类。

后者有多重形式其中有间壁由若干平行的板面构成，冷热流体的流道可以都做的很窄，故单

位体积中能容纳较多的传热面，即有较高的紧凑度，m2m3。

为进一步提高换热器的紧凑度

与传热效果，可以采用扩展表面（例如管翅式）和其他强化措施，具体分类如下：

一、管式换热器

1、管壳式换热器

（1）固定管板式换热器

（2）浮头式换热器（3）U型管式换热器

2、套管式换热器

3、蛇管换热器

（1）沉浸式蛇管换热器

（2）喷淋式蛇管换热器

4、翅片管换热器二、板式换热器

1、夹套换热器

2、平板式换热器

3、螺旋板式换热器

4、板翅式换热器

5、伞板换热器

6、螺旋板式换热器三、热管换热器

不同的换热器各有自己的优缺点和使用条件。

一般来说，板式换热器单位体积的传热面积较大、设备紧凑250～1500（250~1500m2/m3），低耗材（15kg/m3），传热系数大，热损失小。

但承压能力较低，工作介质的处理量较小，且制造加工较复杂，成本较高。

而管式换热

器虽然在传热性能和设备的紧凑性上不及板式换热器，但它具有结构较简单、加工制造比较容易，结构坚固，性能可靠，适应面广等突出优点，因此被广泛用于化工生产中。

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（250~1500m2/m3）占据主导地位。

列管式换热器设计资料个数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。

列管式换热器有以下几种：

1）固定管板式换热器

由壳体、管板、管束、封头、折流挡板、接管等部件组成。

管子两端与管板的连接方式可用焊接法或膨胀法固定，壳体则同管板焊接，从而管束、管板与壳体成为一个不可拆卸的整体。

优点：

结构简单、紧凑，制造成本低；

管内不易结垢，及时产生了污垢也便于清洗。

缺点：

课壳程检修和清洗困难。

主要适用于壳体和管束温差小，管外物料比较清洁，不易结垢的场合。

当冷热刘体检温差超过50℃时，应加补偿圈以减少热应力。

图2-1 固定管板式换热器

2）U形管式换热器

该换热器的每根管子都呈U形，管子的两端固定在同一块板上。

封头内用隔板分成两室，管程至少为两程。

管子可自由伸缩，与壳体无关。

结构简单，只有一块管板，质量轻，密封面少，运行可靠；

管束可以抽出，管间清洗方便。

胆管内清洗困难，制造困难，管板利用率低，报废率较高。

适用于高温、高压、管内为清洁流体的场合。

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图2-2 U型管式换热器

3）浮头式换热器

其两端管板之一不与外壳连接，可以沿管长方向浮动，该端成为浮头。

当壳体与管束因温度不同而引起膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴自由伸缩，可完全消除热应力。

当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；

管束可从壳体内抽出，便于管内和管间清洗和维修。

结构复杂没用材量大，造价高；

浮头盖与浮头管间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。

适用于两流体温差较大的各种物料的热换，应用较为普遍。

图2-3 浮头式换热器

4）填料函式换热器

该换热器是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。

管束不可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差恩引起的温差压力。

结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也较浮头式的低；

管束可以从壳体内抽出，管内、管间均能进行清洗，维修方便。

填料函耐压不高，壳程介质可能通过填料函外漏。

对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。

图2-4 填料函式换热器

2.1.2换热器的选择

各种换热器各有其适合场合，选用时应该根据工艺要求、厂区特点、不同型式换热器对介质和操作条件的适应性以及设备制造费用和操作费用等因素进行技术经济综合权衡。

在设计换热器时还应同时恰当的选用其结构材料，要根据设备的操作压力和温度、介质的腐蚀性、材料的加工工艺性能和价格因素等方面综合考虑。

作为换热元件的材料应该有较高的导热性、足够的机械强度和耐热性。

在石油化工行业中，更需注意材料的耐蚀性。

选材不当，既影响换热器的使用寿命和安全性，也可能不必要的是设备的成本大为提高。

在我国随着经济快速发展的同时，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。

为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。

完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：

1合理地实现所规定的工艺条件；

2结构安全可靠；

3便于制造、安装、操作和维修；

4经济上合理。

浮头式换热器属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。

管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。

综合上述情况本次设计采用浮头式换热器。

2.2换热器的结构设计

2.2.1换热管布置和排列间距

常用换热管规格有f19´

2mm、f25´

2mm（1Cr18Ni9Ti）、f25´

2.5mm（碳钢 10）。

换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列。

正三角形排列结构紧凑；

正方形排列便于机械清理；

同心圆排列用于小直径换热器，外

圆管布管均匀，结构更为紧凑。

我过换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；

浮头式则以正方形错列排列居多，也偶正三角形排列。

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对于多管程换热器，常采用组合排列方式。

每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装个班，采用正方形排列方式。

管心距（管中间的距离）t与管外径d0的比值，焊接时为1.25，胀接时为1.35~1.5。

图2-1换热管排列方式

2.2.2管板

管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体开来。

管板与管子的连接可用胀接或焊接。

胀接发是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封固定的目的。

焊接法在高温高压条件下更能保证接头的严密性。

管板与壳体的连接有可拆连接和不可拆连接两种。

固定管板常采用不可拆连接。

两端管板直接焊在外壳上并兼做法兰，拆下顶盖可检修胀口或清洗管内。

浮头式、U型管式等为使壳体清洗方便，常将管板夹在壳体法兰和顶盖法兰之间构成可拆连接。

2.2.3封头和管箱

封头和管箱位于壳体两端，起其作用是控制及分配管程流体。

1封头 当壳体直径较小时常采用封头。

接管和封头可用发法兰和螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。

2管箱 壳径较大的换热器大多采用管箱结构。

管箱具有一个可拆盖板，因此在检修或清洗管子时无须拆下管箱。

3分程隔板 当西药的换热面积很大时，可采用多管程换热器。

对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，将管束分为顺次串接的若干组，各组管子数目大致相等。

这样可提高介质流速，增强传热。

管程多着可达16程，常用的有1、4、6程，其布置方案见表3-2.在布置时应尽量使管程流体与课程流体成逆流布置，以