輕油冷卻器的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　油氣儲運(yùn)專業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì)I</p><p>　　題目 輕油冷卻器的設(shè)計(jì) </p><p>　　教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 油氣儲運(yùn) 1001 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 XXXXXX </p><p>　　學(xué)生學(xué)號 XXXXXXXX </p><p>　　指導(dǎo)教師 XXXXXXX </p><p>　　2010年 12 月 12 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b>

3、;</p><p>　　1、設(shè)計(jì)題目：輕油冷卻器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)基本條件：</b></p><p>　?。?）處理能力 40000噸/年</p><p>　?。?）設(shè)備型式 列管式換熱器</p><p><b>　　（3）操作條件</

4、b></p><p>　　輕油：入口溫度140℃，出口溫度40℃；</p><p>　　冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度25℃，出口溫度35℃；</p><p>　　允許壓降：管程不大于0.1MPa，殼程不大于0.05MPa；</p><p>　　每年按300天計(jì)，每天24小時連續(xù)運(yùn)行；</p><p><b&g

5、t;　?。?）物性參數(shù) </b></p><p>　　密 度:          ρ0＝760kg/m3 定壓比熱容:    Cp0＝2.20kJ/kg℃ </p><p>　　熱導(dǎo)率:     

6、   λ0＝0.138W/m℃ </p><p>　　粘 度:          μ0＝0.536mPa﹒s </p><p><b>　　3、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)方案簡介：對確定的工藝流程

7、及換熱器型式進(jìn)行簡要論述；</p><p>　?。?）完成換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　?。?）換熱器設(shè)備計(jì)算；</p><p>　　（4）撰寫設(shè)計(jì)說明書（word文檔上機(jī)打?。?；</p><p>　?。?）繪制換熱器裝配圖（A3圖紙，可用計(jì)算機(jī)繪制）。</p><p><b>　　摘要</b

8、></p><p>　　本設(shè)計(jì)為油氣儲運(yùn)工程系的化工原理課程設(shè)計(jì)，其目的為鍛煉設(shè)計(jì)者的獨(dú)立設(shè)計(jì)工作能力；包括資料查閱、收集、篩選，數(shù)據(jù)及參數(shù)的計(jì)算，結(jié)果校核、選定，獨(dú)立選擇工藝技術(shù)，辦公軟件應(yīng)用及排版，制圖軟件應(yīng)用等。旨在培養(yǎng)設(shè)計(jì)者綜合能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)以及以后的研究工作做好鋪墊，使設(shè)計(jì)者對設(shè)計(jì)類工作有一定感性認(rèn)識。</p><p>　　此說明書闡述的是處理量為4×104 噸

9、/年輕油冷卻器的設(shè)計(jì)方案，方案采用固定管板式換熱器，以循環(huán)水為冷卻劑，進(jìn)行輕油冷卻。</p><p>　　本設(shè)計(jì)完成了換熱器的工藝計(jì)算，包括輕油和水的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)，換熱器面積估算，換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算，并分別進(jìn)行核算，繪制了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，換熱器裝配圖。</p><p>　　本設(shè)計(jì)除人工計(jì)算外還利用到一些電腦軟件進(jìn)行繪圖，排版等。</p><p>　　關(guān)鍵

10、字：輕油；水；換熱器；固定管板式；課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design for oil &gas storage and transportation engineering principles of chemical engineering course design, the pur

11、pose of the exercise independent design work ability designer, Consult, including data collection, screening, data and parameter calculation, the results checking, selection, independent selection process technology, the

12、 office software application and typesetting, drafting software applications. Aimed at training designers comprehensive ability, for the graduation design and </p><p>　　This manual is elaborated 40000 tons/y

13、ear kerosene cooler, the design of scheme adopts with expansion joint fixed tube heat exchanger, to circulating water for cooling agent, kerosene cooling.</p><p>　　This design completed heat exchanger techni

14、cal calculation, including kerosene and water based physical property data, heat exchanger area estimation, heat exchanger process structure size of calculation, and separately accounting, painted with control process fl

15、ow diagram, heat exchanger assembly drawing.</p><p>　　This design except the artificial calculation are utilized to some computer software graphics, layout, etc.</p><p>　　Keywords：kerosene, wate

16、r, heat exchanger, fixed tube plate, curriculum design。 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　

17、　AbstractIII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1換熱器技術(shù)概況1</p><p>　　1.1.1固定管板式換熱器：1</p><p>　　1.1.2浮頭式換熱器：1</p><p>　　1.1.3填料函式換熱器：2</p&g

18、t;<p>　　1.1.4 U型管式換熱器：2</p><p>　　1.2換熱器設(shè)備的發(fā)展2</p><p>　　1.3 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用3</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.1 換熱器類型的選擇5</p><p>　　2.2 流程的安排6</p&g

19、t;<p>　　2.2.1冷、熱流體流動通道的選擇6</p><p>　　2.2.2流動方式的選擇7</p><p>　　2.2.3材質(zhì)的選擇7</p><p>　　2.2.4流體流速的選擇8</p><p>　　2.2.5換熱管的選擇8</p><p>　　第3章 換熱器的工藝計(jì)算9<

20、/p><p>　　3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)9</p><p>　　3.2換熱器面積的估算9</p><p>　　3.2.1 熱負(fù)荷計(jì)算9</p><p>　　3.2.2 平均傳熱溫差及其校正10</p><p>　　3.2.3傳熱面積10</p><p>　　3.2.4 柴油的用量10<

21、/p><p>　　3.3換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算10</p><p>　　3.3.1管程e、流速及雷諾數(shù)的計(jì)算10</p><p>　　3.3.2殼程流通截面積、流速及雷諾數(shù)的計(jì)算11</p><p>　　3.3.3傳熱管排列方式的選擇及管心距的計(jì)算11</p><p>　　3.3.4折流板的選擇11</p

22、><p>　　3.4 換熱器核算11</p><p>　　3.4.1傳熱能力的核算11</p><p>　　3.4.2 傳熱面積核算13</p><p>　　3.4.3換熱器流體阻力計(jì)算13</p><p>　　3.5換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸算結(jié)果匯總15</p><p>　　3.6主要符號說明

23、16</p><p>　　設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論18</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　附錄20</b></p><p><b>　　結(jié)束語25</b></p><p><b>

24、　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1換熱器技術(shù)概況</p><p>　　換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設(shè)備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛，在化工廠中換熱器可用作加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型很多，性能各異，從早期發(fā)展起來的列管式換熱器到近年來不斷出現(xiàn)的新型、高效換熱設(shè)備，各具特點(diǎn)。</p><p>　　列

25、管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器，它結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，制造容易，材料廣泛，處理能力強(qiáng)大，適用性強(qiáng)。列管式換熱器主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì)，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程 </p><p>　　列管式換熱器種類

26、很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種： </p><p>　　1.1.1固定管板式換熱器： </p><p>　　這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同

27、溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 </p><p>　　為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫

28、差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　1.1.2浮頭式換熱器： </p><p>　　換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的

29、不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。</p><p>　　1.1.3填料函式換熱器： </p><p>　　這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。 </p><p>　　1.1.4 U型管式換熱器： </p><p>　　U形管式換

30、熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。</p><p>　　下面簡單列舉四種常用換熱器的特性：</p><p>　　表1—1四種常用換熱器特性</p><p>

31、;　　1.2換熱器設(shè)備的發(fā)展</p><p>　　20世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器

32、開始注意。</p><p>　　60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。<

33、;/p><p>　　長期以來，非接觸式換熱器一直是管殼式（列管式）換熱器一國獨(dú)大的局面。然而近幾十年來，這種平衡有所改變。 這種改變是由于各種板式類換熱器的逐步開發(fā)和應(yīng)用所帶來的。板式類換熱器能夠被深入研究和開發(fā)，固然是有其歷史必然的?；仡檽Q熱器發(fā)展歷程，雖然板式換熱設(shè)備的充分開發(fā)只是近些年的事情，但是其理論和技術(shù)的出現(xiàn)卻要早的多。但是人們最初舍棄了這種換熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)占優(yōu)的換熱器形式，而是選擇并大量應(yīng)用了管殼式換熱器。

34、 那么，既然是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒有得到根本性的改變，近些年板式類換熱器又是怎樣被重視起來的呢？這種變化是與世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展環(huán)境，尤其是能源發(fā)展環(huán)境的變化息息相關(guān)的。 世界能源的日益緊張與危機(jī)，使得“節(jié)能”與“高效”逐漸受到重視，加之“節(jié)能——減排——環(huán)?！钡母拍钊找嫔钊肴诵模鲊蜋C(jī)構(gòu)都逐年加大了這方面投入的人力和物力，同時也取得了許多可喜的成果。很顯然，板式類換熱器這種高效的換熱方式，也就順理成章地受到重視，并進(jìn)行了再次開發(fā)，且在其

35、強(qiáng)度范圍所能允許的范圍內(nèi)大量應(yīng)用遍地開花。其技術(shù)發(fā)展也達(dá)到了前所未有的時刻。制造規(guī)格越來越大，結(jié)構(gòu)形式越來越多。并出現(xiàn)了不可拆的焊合一體式板式換熱器，盡管不能方</p><p>　　在新材料、新結(jié)構(gòu)、新領(lǐng)域的不斷探索過程中，換熱器正朝著多樣化、專業(yè)化的方向發(fā)展，其制造手段有了長足進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域也由在哪里用向如何用好的方向轉(zhuǎn)變。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會中環(huán)境保護(hù)的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開發(fā)，研究手段日

36、益發(fā)展，各種新思路與新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，換熱器將朝著更高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10％～20％，在煉油廠約占總費(fèi)用的35％～40％。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和

37、節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。 </p><p>　　換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%~45%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫

38、和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，在換熱設(shè)備中，使用量最大的是管殼式換熱器。管殼式換熱器按用途分為無相變傳熱的換熱器和有相變傳熱的冷凝器和重沸器。</p><p>　　換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處可見，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。因此換熱設(shè)備的研究備受世界各國政府及研究機(jī)構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機(jī)爆發(fā)以來，各國都在下大力量尋找新的能源及在節(jié)約能源上研究新途徑。在

39、研究投入大、人力資源配備足的情況下，一批具有代表性的高效換熱器和強(qiáng)化傳熱元件誕生。隨著研究的深入，工業(yè)應(yīng)用取得了令人矚目的成果，得到了大量的回報(bào)，如板翅式換熱器、大型板殼式換熱器和強(qiáng)化沸騰的表面多孔管、T形翅片管、強(qiáng)化冷凝的螺紋管、鋸齒管等都得到了國際傳熱界專家的首肯，社會效益非常顯著，大大緩解了能源的緊張狀況。</p><p>　　如何提高產(chǎn)熱效率，減少震動損失，是兩項(xiàng)十分重要的課題。大面積的換熱器制造難度大，

40、使用要求高，安裝困難更大。經(jīng)過二十年的努力，在傳熱技術(shù)上國內(nèi)已研制成功的雙殼換熱器、大型板殼式換熱器，具有強(qiáng)化傳熱的高效換熱器，有效的解決了傳熱效率低的問題；折流桿換熱器的應(yīng)用有效地克服管束的震動，延長了管子的壽命，解決了震動損壞，提高了工藝性能，降低了動力消耗，且宜用于較臟的場合。板翅式換熱器的發(fā)展，使換熱器的效率提高到新的水平，結(jié)構(gòu)更緊湊。這種換熱器的采用，滿足了飛機(jī)發(fā)動機(jī)中間冷卻的需要。由于具有體積小、重量輕、效率高、可處理兩種以

41、上介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，這種換熱器迅速在石油化工、乙烯裝置中得到推廣應(yīng)用，隨著鋁及鋁合金釬焊技術(shù)的日趨發(fā)展，應(yīng)用場合及范圍將越來越廣泛。</p><p>　　國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)、高等院校對傳熱理論及高效換熱器的研究一直非常重視，走過了從引進(jìn)、消化、吸收、發(fā)展到自主開發(fā)的歷程。從20世紀(jì)50~60年代的照搬發(fā)展到70年代消化和吸收，進(jìn)入80年代以來國內(nèi)又出現(xiàn)了自主開發(fā)傳熱技術(shù)的新趨勢，大量的強(qiáng)化傳熱元件被推向市場，形成第一次傳熱

42、開發(fā)浪潮。到90年代中期，大量的強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置中，帶來了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。近幾年國內(nèi)應(yīng)用的強(qiáng)化傳熱技術(shù)基本上是80年代中期開發(fā)的，由于國內(nèi)市場較大，使用者多不了解，認(rèn)為很多技術(shù)都是新開發(fā)的。在90年代大量應(yīng)用的基礎(chǔ)上，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2005年以后將會再掀起一次傳熱技術(shù)開發(fā)的新高潮。國內(nèi)80年代傳熱技術(shù)高潮時期的代表杰作有折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸

43、發(fā)式空冷器等一批優(yōu)良的高效換熱器。</p><p><b>　　第2章 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1 換熱器類型的選擇</p><p>　　固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱

44、膨脹。其兩端和殼體連為一體，管子側(cè)固定于管板上，結(jié)構(gòu)簡單。由于管束和殼體間溫差太大會產(chǎn)生膨脹，所以外殼上通常會焊接一膨脹節(jié)，但不完全消除由于溫差而生的熱應(yīng)力。其特點(diǎn)為在相同的殼體直徑內(nèi)，排管較多，比較緊湊；殼側(cè)層清洗困難，加上膨脹節(jié)的方法不能照到管子的相對移動。比較適合溫差不大或溫差大而殼層壓力不高的場合。</p><p>　　1-折流擋板；2-管束；3-殼體；4-封頭；5-接管；6-管板</p>

45、<p>　　圖2-1固定管板式換熱器</p><p>　　浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動，殼體和管束對膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設(shè)計(jì)成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。&

46、lt;/p><p>　　圖2-2浮頭式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。</p><p>　　圖2-3 填料函式換熱器</p><p>　　U型管式換熱器只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以

47、自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少?！?lt;/p><p>　　圖2-4 U型管式換熱器</p><p>　　本次任務(wù)中兩流體的溫度變化：輕油從140℃加熱到40℃；冷卻介質(zhì)采用自來水，自來水進(jìn)口溫度25℃，出口溫度為35℃。該換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差較大，通過上一步驟中對換熱器形式及特點(diǎn)的陳述，選用固定管板式換熱器。 </p><p

48、><b>　　2.2 流程的安排</b></p><p>　　2.2.1冷、熱流體流動通道的選擇</p><p>　　對于流動通道的選擇應(yīng)基于傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，檢修與清洗方便的原則：</p><p>　?、牛捉Y(jié)垢流體應(yīng)走易清潔的一側(cè)，除U型管式換熱器外一般應(yīng)使易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。</p><p>　?、疲谠O(shè)

49、計(jì)上需提高流體的流速以提高其傳熱膜系數(shù)。在這種情況下，應(yīng)將需提高流速的流體放在管程。這是因?yàn)楣艹塘魍ń孛娣e較小，易于采用多管程結(jié)構(gòu)以提高流速。</p><p>　?、牵畨毫Ω叩睦骟w應(yīng)走管程。這是因?yàn)楣茏又睆叫?，承受壓力能力?qiáng)，能夠避免采用耐壓的殼體和密封措施。</p><p>　?、龋疁囟群芨呋蚝艿偷奈锪蠎?yīng)走管內(nèi)，以減少熱量或冷量的散失。當(dāng)然如果為了更好散熱也可以讓被冷卻的流體走殼程，以

50、增強(qiáng)冷卻效果。</p><p>　　⑸．粘度大的流體應(yīng)走殼程。因?yàn)闅こ虄?nèi)的流體在折流板的作用下，流通截面和方向都不斷變化，在較低的雷諾數(shù)下就可以達(dá)到湍流的狀態(tài)。</p><p>　　⑹．若兩流體溫差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程。因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度可以減小管壁與殼壁的溫度差。</p><p>　　另外需要指出的是，上述的各點(diǎn)常常不能同時滿足，而

51、且有時還會互相矛盾，因此在設(shè)計(jì)中要應(yīng)根據(jù)具體情況，抓住主要方面做出適當(dāng)?shù)倪x擇。</p><p>　　由以上的敘述，輕油應(yīng)走殼程，冷卻介質(zhì)應(yīng)走管程。</p><p>　　2.2.2流動方式的選擇</p><p>　　當(dāng)兩流體溫度相差較大時，α值大的流體走管間，這樣可以減少管壁與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對伸長，故溫差應(yīng)力可以降低。</p>

52、<p>　　若兩流體給熱性能相差較大時，α值小的流體走管間，此時可以用翅片管來平衡傳熱面兩側(cè)的給熱條件，使之相互接近。</p><p>　　黏度大的流體，管間的截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)的大。</p><p>　　泄漏后危險大的流體，可以減少泄露機(jī)會，以保安全。</p><p>　　根據(jù)所查得的資料，不潔凈或易于結(jié)垢的物料

53、應(yīng)流經(jīng)易于清洗的一側(cè)，對于直管一般走管內(nèi)；故采用自來水走管程，輕油走殼程。</p><p>　　2.2.3材質(zhì)的選擇</p><p>　　在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時，換熱器各種零部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等地要求來選取的。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛性的角度來考慮，是比較容易達(dá)到

54、的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復(fù)雜的問題。在這個方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響到換熱器的壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系的。</p><p>　　一般換熱器的常用的材料有碳鋼和不銹鋼。</p><p>　?、盘间?價格低，強(qiáng)度較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被腐蝕，在無腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。<

55、/p><p>　　⑵不銹鋼 奧氏體不銹鋼以1Cr18Ni9為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的18-8奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能</p><p>　　由上可以看出在本設(shè)計(jì)中換熱器的選用材料使用碳鋼比較合理。</p><p>　　2.2.4流體流速的選擇</p><p>　　提高流體在換熱器中的流速將增大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在

56、管中表面上沉積的可能。即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增加，所需傳熱面積減少。設(shè)備費(fèi)用降低。但是流速增加，流體的阻力相應(yīng)增加，操作費(fèi)用增加，并且流速在大于2m/s時還會引起設(shè)備振動，損壞設(shè)備。一般盡可能使管程流體的Re>104。高粘度流體按層流設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2.5換熱管的選擇</p><p>　　換熱管的材料有鋼、合金鋼、銅、鋁和石墨等，應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度和介質(zhì)的腐

57、蝕性能選定不同材質(zhì)的管子。目前我國常用的換熱器管子規(guī)格有φ25mm×2.5mm和φ19mm×2mm對于結(jié)晶的流體，可選擇較小的管徑：對于易結(jié)垢的或不清潔的流體可選擇較大的管徑。此外，小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較?。粚τ谙嗤臍?，可排列較多的管子。因此選擇較小的管子單位體積所提供的產(chǎn)熱面積更大，設(shè)備更緊湊，但管徑小，流動阻力大，機(jī)械清洗困難，設(shè)計(jì)時可根據(jù)具體情況選用適宜的管徑。通常在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及

58、壓力降較高的情況下，采用φ19×2mm更為合適。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，有時候也采用φ38mm×2.5mm或更大直徑的管子。</p><p>　　由上，選擇φ25mm×2.5mm極為適宜。</p><p>　　第3章 換熱器的工藝計(jì)算</p><p><b>　　3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</b></p>

59、<p>　　定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。</p><p>　　管程自來水的定性溫度</p><p>　　T=(25+35)/2=30</p><p><b>　　殼程輕油的定性溫度</b></p><p>　　T=(140+40)/2=90</p><p>　　根據(jù)定性溫度，分

60、別查取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　自來水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　定壓比熱容</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>

61、;　　黏度</b></p><p>　　輕油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： </p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　定壓比熱容</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>　　

62、黏度</b></p><p>　　3.2換熱器面積的估算</p><p>　　3.2.1 熱負(fù)荷計(jì)算</p><p><b>　　輕油的質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　熱負(fù)荷: </b></p><p>　　3.2.2 平均傳熱溫差及其校正<

63、;/p><p>　　查圖求得溫差修正系數(shù)， </p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　3.2.3傳熱面積</b></p><p><b>　　初選，所以</b></p><p>　　選用的換熱器的面積一般

64、應(yīng)比計(jì)算值大10%—15%， </p><p><b>　　故</b></p><p>　　3.2.4 自來水的用量

65、 </p><p>　　3.3換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算</p><p>　　3.3.1管程管徑、流速及雷諾數(shù)、管程數(shù)和傳熱管數(shù)的計(jì)算</p><p>　　管徑和管內(nèi)流速：選用傳熱管（碳鋼），</p><p>　　設(shè)取管內(nèi)流速 </p><p>　　管程橫截面積：

66、 </p><p>　　雷諾數(shù)： </p><p>　　傳熱管數(shù)： </p><p>　　按單管程，所需傳熱管長度： </p><p>　　取傳熱管長，則管程數(shù)： </p><p>　　傳熱管總根數(shù)： （根） &l

67、t;/p><p>　　3.3.2殼程流通截面積、流速及雷諾數(shù)的計(jì)算</p><p>　　橫過管束中心線的管束： 取12根</p><p>　　殼程內(nèi)徑： </p><p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑為25%，則切去</p><p>　　圓缺高度為h=0.25×450=112

68、.5mm，可取h=110mm</p><p>　　取折流擋板間距 可取 </p><p>　　故流通截面積： </p><p>　　流速： </p><p>　　當(dāng)量直徑: </p><p>　　雷諾數(shù)： </p><p>　

69、　由以上核算看出，初選的換熱器，管程、殼程的流速和雷諾數(shù)都是合適的。</p><p>　　3.3.3傳熱管排列方式的選擇及管心距的計(jì)算</p><p>　　傳熱管排列方式為正三角形排列</p><p>　　管心距： </p><p>　　3.3.4折流板的選擇</p><p>　　折流板數(shù):

70、 </p><p>　　3.4 換熱器核算</p><p>　　3.4.1傳熱能力的核算</p><p>　　3.4.1.1管程的對流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　(3—1)</b></p><p><b>　　雷諾數(shù) </b></p>

71、<p>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù) </p><p>　　3.4.1.2殼程的對流傳熱系數(shù)</p><p>　　對弓形折流板,可采用克恩公式</p><p><b>　　(3—2)</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p><p>　　普蘭特

72、準(zhǔn)數(shù) </p><p>　　因殼程流體被冷卻，故取粘度校正</p><p>　　3.4.1.3污垢熱阻和管壁熱阻</p><p><b>　　污垢熱阻 ： </b></p><p>　　管壁熱阻 ：

73、

74、 </p><p>　　3.4.1.4總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　(3—3)</b></p><p>　　3.4.2 傳熱面積核算</p><p>　　傳熱面積： </p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積：</p><p><

75、;b>　　(3—4)</b></p><p>　　該換熱器的面積裕度:</p><p>　　傳熱面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)</p><p>　　3.4.3換熱器流體阻力計(jì)算</p><p>　　3.4.3.1 管程流體阻力計(jì)算</p><p><b>　　(3—5)</b&

76、gt;</p><p><b>　　, , </b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　由，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系得 。</p><p><b>　　流速，，</b></p><p>

77、　　所以 (3—6)</p><p><b>　　(3—7)</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.4.3.2 殼程流體阻力計(jì)算</p><

78、;p><b>　　(3—8)</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力：</p><p><b>　　(3—9)</b></p><p><b>　　其中 </b></p><

79、p><b>　　故</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力：</p><p><b>　　(3—10)</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　故</b></p><p>

80、　　總阻力： </p><p>　　殼程流動阻力也比較適宜。</p><p>　　3.5換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸算結(jié)果匯總</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表</p><p><b>　　3.6主要符號說明</b></p><p><

81、b>　　主要符號說明</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論</p><p>　　此次油氣儲運(yùn)工程設(shè)計(jì)完成的比較曲折，計(jì)算部分和繪圖部分都花費(fèi)了很長時間，但最終還是完成了老師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)，而且綜合所學(xué)的知識進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，對自己所學(xué)的知識有了進(jìn)一步的鞏固和提高。</p><p>　　為了能更好的完成本次課程設(shè)計(jì)，需要查閱大量的文

82、獻(xiàn)資料，這需要有翻閱文獻(xiàn)的能力，更重要的是有迅速提取有用信息的能力，這就需要我們平時有意識的去鍛煉自己獲取信息、提取信息的能力。</p><p>　　對于換熱器基本尺寸的確定以及數(shù)據(jù)來源，物性參數(shù)，合適取值范圍的確定設(shè)計(jì)情況來定。為使化工生產(chǎn)更加便捷，操作費(fèi)用低廉，有些工藝材質(zhì)需要加以改進(jìn)。同時也要注意流體流動通道的選擇，要從多方面考慮，換熱器流體阻力，換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算。</p><p

83、>　　理論和實(shí)際有時要聯(lián)系起來，有時卻要區(qū)別開來。就像一開始對于換熱器的計(jì)算和選擇方面，不能僅僅依據(jù)自己的計(jì)算結(jié)果，有一些是有標(biāo)準(zhǔn)值的，如殼體內(nèi)徑、管子的長度等，還有一些是需要綜合考慮的，如長徑比，管長合適、殼體內(nèi)徑合適，但還要計(jì)算長徑比，以此來判斷設(shè)計(jì)的換熱器是否符合實(shí)際要求。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].XX

84、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX</p><p>　　[2].XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX</p><p>　　[3].XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX</p><p>　　[4].XXX

85、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX</p><p>　　[5].XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　圖1 對數(shù)平均溫差校正系數(shù)：</p><p

86、>　　圖2 對數(shù)平均溫差校正系數(shù)：</p><p>　　圖3 折流板的常見形式</p><p><b>　　圖4 莫狄圖:</b></p><p>　　表1 換熱器常用流速范圍:</p><p>　　表2 合理壓降的選取</p><p>　　3 列管式換熱器中不通黏度液體的最大流速</

87、p><p>　　表4 管束常見的分程方式</p><p>　　表5 列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)</p><p>　　表6 液體無相變對流傳熱系數(shù):</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過了四個星期的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了本次化工原理課程設(shè)計(jì)《輕油冷卻器的設(shè)計(jì)》，每走一步

88、對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。</p><p>　　在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對課程設(shè)計(jì)一無所知，對CAD制圖等相關(guān)技術(shù)不是很了解的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩設(shè)計(jì)一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會讓我興奮好一段時間。</p><p&g

89、t;　　通過這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解了實(shí)踐的重要性，尤其要把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，我們利用課本上學(xué)到的知識去解決實(shí)際問題，設(shè)計(jì)時要有一個明確的思路，要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)。在做計(jì)算這一部分的時候，由于一開始思路和素質(zhì)的錯誤，導(dǎo)致所有的努力付諸東流。但是從中發(fā)現(xiàn)了錯誤，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)是值得興慰的，為以后的成功奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練讓我對自己的專業(yè)有了更加

90、深刻的認(rèn)識，這對我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個考驗(yàn)，雖然我的課程設(shè)計(jì)不是很成熟，還有很多不足之處，但通過課程設(shè)計(jì)，使我樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。</p><p>　　最后，我還要感謝我的指導(dǎo)老師XXX老師對我們的教導(dǎo)與幫助，X老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度使我收益匪淺。他無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。同時，