浮头式换热器课程设计报告书.docx

1、浮头式换热器课程设计报告书1设计任务书 . 22设计计算 . 22.1确定设计方案 22.11 选择换热器类型 . 22.12 管程安排 . 22.2确定物性数据 . 22.3估计传热面积 . 32.31热流量 （忽略热损失） . 32.32冷却水的用量 . 32.33平均传热温差 . 32.34初算传热面积 . 32.4工艺结构尺寸 . 42.41 管径和管内流速 . 42.42 管程数和传热管数 . 42.44传热管排列和分程方法 . 52.45壳体直径 . 52.46折流板 . 52.47接管. 52.5换热器核算 . 62.51 传热面积校核 . 62.52 换热器内压降的核算 . 8

2、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25 E .出口温度55 C。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

3、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：T75卞叭倪七C2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/kg CJ0 = 0.665mPa. s循环冷却水在密度导热系数40 C下的物性数据如下：?i = 992.2kg/m 3-0 = 0.634W/mC定压比热容Cp0 = 4.1744KJ/kg C粘度Jo = 0.656mPa. s2.3估计传热面积2.3

4、1热流量(忽略热损失)Q0 = moCp0t0 = 6000 2.2 45kj / h2.32冷却水的用量mi 印 594000 4773.2kg/hCp0t 4.1744302.33平均传热温差先按照纯逆流计算得:tm(120 T5)=112.36 C,120In1052.34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:=4.6m22.4工艺结构尺寸2.41管径和管内流速选用25mm 2.5mm较高级冷拔传热管(碳钢).取管内流速Ui =0.5m/s2.42管程数和传热管数可依据传热

5、管内径和流速确定单程传热管数mi4743.220.785 0.02 0.5 3600 992.2按单程管计算所需的传热管长度为4.6二d0Ui 3.14 0.025 9:6.5m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-t1 55-25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； =0.98 112.36=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.

6、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 =1.25 25 32 mm隔板中心到离其最近一排管中心距离按式计算：Pt 32Z 6 6 = 22mm2 2 2.45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 =1.05Pt F=1.05疋32 汉竺=271mm 卜 0.7圆整可取D = 273mm。此时=5 5 符合要求。D2.46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 =0.25 273 =68.25mm 取 h=100mm取折流板间距B =0.3D 贝U：B

7、=0.3 273 =81.9mm 可取 B=150mm折流挡板数Nb二丄-1 =9B2.47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60mm2.5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*P0.4i di e r管程流通截面积：S 0.022 45 =0.002826 4 5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

8、正三角形排列得:壳程流通截面积:d 25So 二 BD(1 0) =0.273 0.150 (1 0.009m2R 32壳程流体流速及其雷诺数分别为:c” 25=11.430.128粘度校正(3)污垢热阻和管壁热阻艮i (管壁内侧)=0.00035 m2oC/WR.0 (管壁外径)=0.0003 m2oC/W(5)传热面积校核.依式可得所计算传热系数面积为:c Qt 165000 , 2S t 4 mKtm 357 110该换热器的实际传热面积：Sp =喇丄n =0.025 3.14 1.5 45 =5 m2该换热器的面积裕度为：Sp -s100% =25%传热面积裕度适合该换热器能够完成生产

9、任务 2.52换热器内压降的核算 (1)管程阻力P =(R+B)NsNpFNp =5Ns =1Ft =1.4L沁2 二id 2P2 V由Re =14217.5.传热管相对粗糙度e/d=0.01.查莫狄图得打=0.042W/mC 。流速:ui = 0.47m/ s几=992.2kg/m321.5 0.47 992.2P =0.042 汇 汇 =345Pa0.022R =(345 329) 5 1.4 =4718Pa ： 10KPa992 2 汇0 472 F2 =3 0 =329Pa管程流动阻力在允许范围内(2)壳程阻力F=0.5Nb为折流挡板数.Nb=9nc =1.1、n =1.1 . 45

10、=9、Po =(Pi P2)FsNsNs =1Fs =1.15PiP2二 Ffonc(NB 1)3o22二血(3.5一害)普P1 =0.5 0.7 9 (9 1)=683Pa2 0.15 820 0.232 )0.273 2总阻力 P=9 (683 468.5) 1.15 1 = 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.MPa0.30.4d操作温度c25/55175/130e流量.kg/h4743.26000f流体密度992.2820流速.m/s0.470.23传热量.kW165总传热系数.W/m2K357对流传热系数.W/m2K3825.3602.2污 垢 系数.m2K /W0.000350.0003阻力降.Pa47181324程数51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.mm273