浮头式换热器课程设计报告书.docx
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浮头式换热器课程设计报告书
1设计任务书.2
2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.3
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.5
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
3设计结果汇总表及图.9
设计任务书
某生产过程中•需将6000kg/h的原油从175C冷却至130C.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25C.出口温度为55E。
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175C.出口温度130C；
循环冷却水进口温度25E.出口温度55C。
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：
T』75卞叭倪七C
2
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
「o=820kg/m3
导热系数o=0.128W/mC
定压比热容
粘度
Cp0=2.20kJ/kgC
J0=0.665mPa.s
循环冷却水在
密度
导热系数
40C下的物性数据如下：
：
?
i=992.2kg/m3
-0=0.634W/mC
定压比热容
Cp0=4.1744KJ/kgC
粘度
Jo=0.656mPa.s
2.3估计传热面积
2.31热流量（忽略热损失）
Q0=moCp0t0=60002.245kj/h
2.32冷却水的用量
mi印5940004773.2kg/h
Cp0t4.1744^30
2.33平均传热温差
先按照纯逆流计算得:
tm
（120T°5）=112.36C
120
In
105
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290~698W/（m20C）.在K的取值
范围内.取K=320W/（m20C）。
贝M古算的传热面积为:
=4.6m2
2.4工艺结构尺寸
2.41管径和管内流速
选用25mm2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢）.取管内流速Ui=0.5m/s
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
mi
4743.2
2
0.7850.020.53600992.2
按单程管计算所需的传热管长度为
4.6
二d0Ui3.140.0259
:
6.5m
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:
t2-t155-25
按单壳程温差校正系数应查有关图表.可得:
，0.98
平均传热温差tmh皆tt；=0.98112.36=110°C
由于平均传热温差校正系数大于08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Pt=1.25d。
；Pt=1.252532mm
隔板中心到离其最近一排管中心距离按式计算：
Pt32
Z66=22mm
222.45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=0.7.则壳体直径为
D=1.05PtF=1.05疋32汉｛竺=271mm卜\0.7
圆整可取D=273mm。
此时—=55符合要求。
D
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h=0.25273=68.25mm取h=100mm
取折流板间距B=0.3D贝U：
B=0.3273=81.9mm可取B=150mm
折流挡板数Nb二丄-1=9
B
2.47接管
壳程流体进出口接管：
取接管内原油流速为U1=1.0m/s.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U2=0.5m/s.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：
冷=0.023丄R0*P0.4
idier
管程流通截面积：
S0.02245=0.00282645
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:
0巾36（护55叭円4
当量直径由正三角形排列得:
壳程流通截面积:
d25
So二BD（10）=0.2730.150（10.009m2
R32
壳程流体流速及其雷诺数分别为:
c”2^5=11.43
0.128
粘度校正
（3）污垢热阻和管壁热阻
艮i（管壁内侧）=0.00035m2oC/W
R.0（管壁外径）=0.0003m2oC/W
（5）传热面积校核.依式可得所计算传热系数面积为:
cQt165000,2
St4m
Ktm357110
该换热器的实际传热面积：
Sp=喇丄n=0.0253.141.545=5m2
该换热器的面积裕度为：
Sp-s
100%=25%
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
P=（R+B）NsNpF
Np=5
Ns=1
Ft=1.4
L沁2二'i
d2
P2V
由Re=14217.5.传热管相对粗糙度e/d=0.01.查莫狄图得打=0.042W/m°C。
流速:
ui=0.47m/s
几=992.2kg/m3
2
1.50.47992.2
P=0.042汇汇=345Pa
0.02
2
R=（345329）51.4=4718Pa：
：
10KPa
9922汇0472F2=30—=329Pa
管程流动阻力在允许范围内
（2）壳程阻力
F=0.5
Nb为折流挡板数.Nb=9
nc=1.1、n=1.1.45=9
'、Po=（PiP2）FsNs
Ns=1
Fs=1.15
Pi'
P2
二Ffonc（NB1）
3o2
2
二血（3.5一害）普
P‘1=0.50.79（91）
=683Pa
20.158200.232）
0.2732
总阻力'P=9（683468.5）1.151=1324Pa：
：
：
10KPa
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（m）:
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.MPa
0.3
0.4
d
操作温度•c
25/55
175/130
e
流量.kg/h
4743.2
6000
f
流体密度•
992.2
820
流速.m/s
0.47
0.23
传热量.kW
165
总传热系
数.W/m2K
357
对流传热系
数.W/m2K
3825.3
602.2
污垢系
数.m2K/W
0.00035
0.0003
阻力降.Pa
4718
1324
程数
5
1
推荐使用材料
碳钢
碳钢
管子规格
管间距.mm
折流板型式
壳体内径.mm
273
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