柴油原油换热器工艺设计.docx

1、柴油原油换热器工艺设计设计题目：柴油-原油换热器工艺设计1设计任务书1.1设计题目列管式换热器（原油预热器）的设计1.2操作条件某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表 ，两侧的污垢热阻均可取1.72 xlO-4m.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.3 105Pa。物料温度C质量流量kg/h比热kJ/kg. C密度kg/m3导热系数W/m.C粘度Pa.s入口出口柴油195T2700002.487150.13330.64 X 10-原油3075800002.208150.1283.0 X 10-31.3设计要求及内容1、 查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法

2、和步骤；2、 根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；3、 根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；4、 以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；5、 编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清 晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。1.概述 2.设计标准 3.方案设计和拟定 4.设计计算 4.1确定设计方案 84.1.1选择换热器的类型 84.1.2流动空间及流速的测定 94.2确定物性数据 94.3计算总传热系数 94.3.1热流量 94.3.2平均传热温差 104.3.3总传热系数

3、 K 104.4计算传热面积 114.5 工艺结构尺寸 114.5.1管径和管内流速 114.5.2管程数和传热管数 114.5.3平均传热温差校正及壳程数 114.5.4传热管排列和分程方法 124.5.5壳体内径 124.5.6折流板 124.5.7接管 134.6换热器核算 134.6.1 热量核算 134.6.1.1 壳程对流传热系数 134.6.1.2 管程对流传热系数 144.6.1.3 传热系数 K 154.6.1.4 传热面积 S 154.6.2 换热器内流体的流动阻力 164.6.2.1 管程流动阻力 164.6.2.2 壳程阻力 164.6.2.3 换热器主要结构尺寸和计算

4、结果 . 175. 参考文献 186. 附录 187. 设计小结 258. CAD 271.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

5、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。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4)换热器两端的管板，一端不

6、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。5)特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。图7T2浮头式换热器L壳議 Z浮头盖3.浮头管板4.壳体5.传热管支持板7.折激板2.设计标准(1)JB1145-73列管式固定管板热交换器(2)JB1146-73立式热虹吸式重沸器(3) 中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器国家技术监督局发布，1989(4)钢制石油化工压力容器设计规定(5)JBT4715-1992固定管板式换热器型式与基本参数(6)HGT20701.8-2000容器、换热器专业设备简图设计规定(

7、7)HG20519-92全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定( 8)中华人民共和国国家标准 JB4732-95 钢制压力容器分析设计标准(9)中华人民共和国国家标准 JB4710-92 钢制塔式容器(10)中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 压力容器波形膨胀节3.方案设计和拟订根据任务书给定的冷热流体的温度， 来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器； 再依据 冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，柴油走管 程，原油走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。 计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确

8、定传热管数，标准传热管长 为6m算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排 列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数 等，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积 进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就 能完成任务。根据固定管板式的特点：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。u形管式特点：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。浮头式特点：结构复杂、造价高，便

9、于清洗和 检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是油，易结垢，再根据可以 完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。根据以下原则： (1)? 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2)? 腐蚀性的 流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3)? 压强高的流 体宜走管内，以免壳体受压。 (4)? 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁 净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5)? 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作 用，以增强冷却效果。 (6)? 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流 通面积常小于壳

10、程，且可采用多管程以增大流速。 (7)? 粘度大的液体或流量较小的流体，宜 走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低 Re(Re100) 下即可达到湍流，以提高对流传热系数。我们选择柴油走管程，原油走壳程。流体流速的选择：增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子 表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面 积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算 才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的 数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较

11、长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且 一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑 的问题。在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管内流速 u1 1.0m/ s。管子的规格和排列方法：选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍 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系 列标准中仅有 25X 2.5mn及 19X m两种规格的管子。在这里，选择？ 25 x 2.5mn管子。管 长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标 准钢管长为6m则合理的换热器管长应为1.5

12、、2、3或6m此外，管长和壳径应相适应，一般 取L/D为46（对直径小的换热器可大些）。在这次设计中，管长选择6m。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，等边三角形 排列的优点有 : 管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系 数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁， 适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排 列则介于上述两者之间，即对流传热系数 （ 较直列排列的 ） 可以适当地提高。在这里选择正方 形错列排列。管子在管板上排列的间距 ?（指相邻两根管子的中心距 ）

13、，随管子与管板的连接方法不 同而异。通常，胀管法取t=（1.31.5）d 2，且相邻两管外壁间距不应小于6mm即t （d+6）。 焊接法取 t=1.25d 2。?管程和壳程数的确定 ?当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时， 有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多， 导致管程流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管 板上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。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，管程为 6程，壳程为单程。折流挡板：

14、安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，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 1040%,一般取2025%,过高或过低都不利于传热。两相邻挡板的距离 （板间距）B为外壳内径D勺（0.21）倍。系列标准中采用的B值为：固定管板式的有150、300和600m三种，板间距过小， 不便于制造和检修，阻力也较大。板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系 数下降。这次设计选用圆缺形挡板。换热器壳体的内径应等于或稍大于 （对浮头式换热器而言 ）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

15、列标准中查出 外壳的直径。主要构件的选用：（1）封头 封头有方形和圆形两种，方形用于直径小的壳体 （一般小于 400mm，）圆形用于大直径 的壳体。（2）缓冲挡板 为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进料管口装设缓（3）导流筒 壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间 （死角），为了提 高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必然经过这个空间。（4 ）放气孔、排液孔 换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不凝性气体和冷 凝液等。（5）接管尺寸 换热器中流体进、出口的接管直径由计算得出。最后材料选用：列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在 高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材 料是很少的。目前 , 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有