設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
列管換熱器以冷卻某煉廠煤油產(chǎn)品
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
專業(yè)名稱
學(xué)院名稱
年
月
日
一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
1.1設(shè)計(jì)目的與要求
?初步掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的基本方法和程序。
?訓(xùn)練基本技能如計(jì)算，繪圖，運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范），使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算和處理數(shù)據(jù)。
?培養(yǎng)運(yùn)用工程語(yǔ)言（如簡(jiǎn)潔文字，清晰的圖表，正確的計(jì)算）來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。
④ 培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練其用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
1.2主要內(nèi)容
石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常需要將各種石油產(chǎn)品（如汽油，煤油，柴油等）進(jìn)行冷卻，要求設(shè)計(jì)一列管換熱器以冷卻某煉廠煤油產(chǎn)品。
?生產(chǎn)能力：7500kg/h煤油
?設(shè)備形式：列管式換熱器（臥式）
?操作條件
煤油：入口溫度：110℃，出口溫度：40℃。
冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度：25℃，出口溫度：60℃。
允許壓降：不大于Pa。
工作日為300天/年，24h連續(xù)運(yùn)行。
煤油定性溫度（75℃）下的物性參數(shù)：
密度800kg/m3，粘度8.75×Pa·s，比熱容2.22kJ/kg·℃?導(dǎo)熱系數(shù)0.15W/m·℃
水定性溫度（42.5℃）下的物性參數(shù)：
密度992kg/m3，粘度6.32×Pa·s，比熱容4.174kJ/kg·℃，導(dǎo)熱系0.634W/m·℃
④主體設(shè)備工藝條件圖
設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介
2.1換熱器概述
在化工、石油、能源、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備,并占有十分重要的地位。
隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是*典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。
2.2列管式換熱器
列管式換熱器又稱管殼式換熱器，在化工生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造較容易，處理能力大，適應(yīng)性能，操作彈性較大，尤其在高溫、高壓和大型裝置中使用更為普遍。
?固定板式換熱器：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管*多，比較緊湊，使殼側(cè)清洗困難。當(dāng)管子與殼體壁溫相差大于50°C時(shí)，應(yīng)在殼體上設(shè)置溫差補(bǔ)償--膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形可以減少溫差應(yīng)力。但是當(dāng)殼體與管子的溫差大于60°C及殼程壓力超過(guò)6×105Pa時(shí)，由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償作用，就應(yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。
?U型管式換熱器：
其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一個(gè)管板。換熱管為U形，管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。密封面少，運(yùn)行可靠，造價(jià)較低，管間清洗較方便。但是由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率低；管束*內(nèi)層管間距較大，殼程易短路；內(nèi)層管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。一般用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔以及高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)合。
?浮頭式換熱器：
當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在時(shí)，殼體與換熱管膨脹，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，管內(nèi)與管間的清洗均方便。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價(jià)較高，適用于殼體與管束間溫差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。
2.3設(shè)計(jì)方案擬定
?根據(jù)任務(wù)書(shū)給定的冷熱流體的溫度，來(lái)選擇設(shè)計(jì)列管式換熱器的固定管板式換熱器；
?再根據(jù)冷熱流體的性質(zhì)，判斷其是否容易結(jié)垢，來(lái)選擇管程走什么，殼程走什么。本設(shè)計(jì)中選擇使循環(huán)工業(yè)硬水走管程，煤油走殼程。
?任務(wù)書(shū)中已知冷熱流體的物性數(shù)據(jù)，有比熱容，密度，粘度，導(dǎo)熱系數(shù)等。計(jì)算出總傳熱系數(shù)，再計(jì)算傳熱面積。根據(jù)管徑，管內(nèi)流速確定傳熱管數(shù)，算出傳熱管程，傳熱管總根數(shù)等。然后校正傳熱溫差及殼程數(shù)，確定傳熱管排列方式和分程方法。
④根據(jù)設(shè)計(jì)步驟，計(jì)算出殼體內(nèi)徑，選擇折流板，確定板間距，折流板數(shù)等；接著再對(duì)換熱器的熱量，官稱對(duì)流傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)，傳熱面積進(jìn)行核算，再算出面積裕度；
⑤*后，對(duì)流體的流動(dòng)阻力進(jìn)行計(jì)算
三、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)
3.1熱量設(shè)計(jì)
3.1.1初選換熱器的類型
兩流體的溫度變化情況如下：
?煤油：入口溫度：110℃，出口溫度：40℃。
?冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度：25℃，出口溫度：60℃
該換熱器用循環(huán)冷卻自來(lái)水進(jìn)行冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素， 估計(jì)所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，需考慮熱膨脹的影響，相應(yīng)地進(jìn)行熱膨脹的補(bǔ)償，故而初步確定選用帶有膨脹節(jié)的管板式換熱器。
3.1.2管程安排（流動(dòng)空間的選擇）及流速確定
已知兩流體允許壓強(qiáng)降不大于100kPa；兩流體分別為煤油和自來(lái)水。與煤油相比，水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大。由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，考慮到散熱降溫方面的因素，應(yīng)使循環(huán)自來(lái)水走管程，而使煤油走殼程。選用Φ25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=1
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