换热器装备图Word格式文档下载.docx
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换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
换热器结构简单，造价便宜。
管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。
管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。
管外介质易短路，影响传热效果。
内层管子损坏后不易更换。
U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。
壳层介质适应性强，常用于高压、高温、粘度较大的场合。
二.任务书
2.1设计题目
用柴油预热原油的管壳式换热器
2.2设计任务及操作条件
（1）、设计任务
处理能力：
Wc=（31000+2307）kg/h=33307kg/h
设备型式：
管壳式
（2）、操作条件
原油：
入口温度：
t1=60℃
出口温度：
t2=105℃
柴油：
T1=170℃
T2
质量流量：
Wh=（25000+1007）kg/h=26007kg/h
允许压降：
0.3×
105Pa
2.3原始数据
柴油和原油的有关参数如下：
物料
温度
质量流量
比热
密度
导热系数
粘度
入口
出口
柴油
170
26007
2.48
715
0.133
原油
60
105
33307
2.20
518
0.128
注：
两侧污垢指数均为
三.方案的设计和选型
3.1选择换热器的类型
该换热器使用柴油来冷却原油，由设计任务知热流体（柴油）和冷流体（原油）温差较大和要便于清洗壳程污垢，再根据可以完全消除热应力原则初步确定：
浮头式换热器。
3.2流体流径的选择
柴油温度高，走管程可以减少热损失；
原油粘度较大，走壳程在较低的Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。
3.3流体流速的选择
增加流体在换热器中的流速，将加大对流传质系数，使流体阻力增大，动力消耗增多。
所以适宜的流速要通过经济衡算才能得出。
本次设计中，根据换热器中常用的流速范围，选择管内流速u=1.0m/s。
3.4管子的规格和排列方式
选择管径时，应尽可能使流速高，但一般不超过前面介质的流速范围。
易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。
我国目前试用的列管式换热器标准中仅有及两种规格的管子。
本次设计选择的管子。
管长的选择是易清洗方便及合理使用管材为原则。
长管不便于清洗，易弯曲。
一般出厂的标准管长是6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3、或6m。
此外，管长和壳径应适当，一般取为4～6。
管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，本次设计选择正方形错列排布，是由于其具有便于清洗列管的外壁的优点，适用于壳程流体易产生污垢的场合。
管子在管板上排列的间距随管子与管板的连接方法不同而异。
通常，焊接法取t=1.25d。
即t=32mm。
3.5管程和壳程数的确定
列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种；
采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。
根据计算，本次设计的壳程为单程，管程为4程。
3.6折流挡板
安装折流板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使端动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。
最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10%～20%，一般取20%～50%，过高或过低都不利于传热。
两相邻挡板的距离（板间距）h为外壳内径D的0.2～1倍、系列标准中采用h值为:
浮头式有150、200、300、480和600mm五种。
此次的设计采用圆缺形挡板，板间距h=200mm。
3.6外壳直径的确定
浮头式换热器壳体的内径应稍大于管板的直径。
初步设计时，可先分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积，于系列标准中查出外壳的直径。
计算公式如下：
。
四.设计尺寸的计算
4.1确定设计方案
（1）计算热负荷
（2）计算柴油出口温度
（3）计算两流体的对数平均温差
而，
对换热器，温度差校正系数可用下式计算，即：
（4）初定换热器规格
根据两流体的情况，假设K=300，故：
4.2工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速
选用传热管（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:
按单程管设计,传热管过程,宜采用多管程结构。
现取传热管长，
则该换热器管程程数为:
传热管总根数
（3）传热管排列和分程方法
采用正方形斜转排列.取管心距,则
横过管束中心线的管数
（4）壳体内径
采用多管程结构,管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离：
计算壳体内径，即：
则取壳体内径D=500mm
（5）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：
取折流板间距：
折流板数：
（6）若选择以上工艺结构尺寸的换热器，则实际传热面积为：
则要求过程的总传热系数为：
该换热器的换热面积裕度为：
则传热面积裕度合适，可以完成生产任务。
4.3核算压力降
（1）管程压力降
其中，,,
管程的流通面积：
管程流体流速：
雷诺数：
设管壁粗糙度，则，由关系图中查得：
则
管程压降在允许范围之内。
（2）壳程压力降
，其中：
，
流体流经管束的压降：
其中：
，
管子为正方形斜转排列，则
壳程总压降：
壳程压降也满足条件。
4.4核算总传热系数
（1）管程对流传热系数
（2）壳程对流传热系数
对圆缺形折流板,可采用凯恩公式
壳程流通截面积
壳程流速：
当量直径：
壳程雷诺数：
普兰特准数：
粘度校正取
（3）污垢热阻
管内、管外分别取污垢热阻为
（4）总传热系数
该比值在范围1.15～1.25内，说明该设计方案可行。
五.主要附件的设计
1.封头：
封头分为方形（适用于直径小于400mm）和圆形2种，本次换热器设计方案选用直径为500mm的半圆封头。
2.管程流体进出口接管：
取接管内柴油流速，则接管内径为
取标准管径为100mm。
3.壳程流体进出口接管:
取接管内原油流速为，则接管内径为
取标准管径为100mm。
六.设计结果汇总表及符号说明表
6.1换热器设计规格尺寸一览表
类型
浮头式
管子中心距t（mm）
32
管径（mm）
φ25×
2.5
管程数NP（个）
4
管长L（m）
6
壳程数NS（个）
1
外壳直径D（mm）
500
折流挡板数N（块）
29
管子总数n（根）
132
折流挡板间距h（mm）
200
管子排列方式
正方形斜转排列
挡板切去高度（mm）
125
6.2主要符号说明表（公式中出现的字母）
物理符号
意义
单位
S
传热面积
㎡
NB
折流挡板数目
h
折流挡板间距
m
NS
换热器壳程数
b
厚度
N
管子总数
cP
液体的定压比热容
KJ/kg·
℃
Pr
普兰特准数
D
换热器壳径
Q
热负荷
W
d
管径
质量流量
Kg/s
de
当量直径
体积流量
m3/s
fo
壳程流体的摩擦系数
Re
雷诺准数
Fs
壳程压降结垢校正系数
tC
冷流体温度
Ft
管程压降结垢校正系数
th
热流体温度
K
传热系数
W/㎡·
u
流速
m/s
L
管子长度
6.3公式中出现的希腊字母
序数
符号
α
对流传热系数
2
λ
W/m·
3
μ
粘度
mPa·
s
ρ
流体密度
Kg/m3
5
温度差校正系数
φ
管校正系数
7
ε
粗糙度
七.参考文献
【1】.方向红，列管式换热器与板式换热器的比较[J]，安徽工,2002.118（4）:
431
【2】.《化工原理课程设计》，贾绍义、柴诚敬主编，天津大学出版社
【3】.《化工原理（上）》，夏青、贾绍义主编，天津大学出版社
【4】.《化工原理课程设计指导》，任晓光主编，化学工艺出版社
八.总结
通过这次化工原理课程设计，了解了很多关于换热器的知识，换热器的选型，换热器结构和尺寸的确定，以及计算换热器的传热面积和流体阻力等等。
其中感受最多的就是在运算中需要谨慎以及耐心。
往往一个公式的代错便会造成一步错、步步错的局面。
这就对我们选择工程类学科的学员提出了要求。
仔细、是一种能力也是一种态度。
这也是以后我们在工作中不可或缺的一种素质。
估值，是一个不断尝试不断重复的过程，而这个过程总不会一帆风顺。
不管在人生的什么阶段，我们总会遇到挫折，而我们需要的便是克服这些挫折的勇气，永远不轻言放弃。
不管怎么说，课程设计总算接近尾声了。
感谢在此过程中同学给与的帮助，特别感谢白老师在整个设计过程给予的悉心指导。
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