課程設(shè)計(jì)--列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　題目名稱： 列管式換熱器設(shè)計(jì) </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　2010-2011 學(xué)年一 學(xué)期 2011 年1 月11 日</p><p>　　教研室主任（簽名）

2、 系（部）主任（簽名） 年 月 日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　換熱器是化學(xué)，石油化學(xué)及石油煉制工業(yè)以及其它一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設(shè)備。</p><p>　　它不僅可以單獨(dú)作為加熱器，冷凝器使用而且是一些化工單元操作的重要附屬設(shè)備。</p>&

3、lt;p>　　因此在化工生產(chǎn)中占有重要的地位。</p><p>　　在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，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 。主要的換熱器有：</p><p>　　1． 固定管板式換熱器：</p><p>　　2． 浮頭式換熱器：</p><

4、;p>　　3． U型管式換熱器：</p><p>　　4. 填料函式換熱器：</p><p>　　本次我的設(shè)計(jì)任務(wù)是選取一臺(tái)合適的換熱器，選取的換熱器僅要滿足工藝和生產(chǎn)要求，雖然說(shuō)要求不是很高，也沒(méi)有一要求具體制作等那些較難的問(wèn)題，但是我仍然會(huì)以認(rèn)真仔細(xì)的態(tài)度去對(duì)待之這次任務(wù)，保證盡我最大的努力去做到最好。</p><p><b>　　概述<

5、/b></p><p><b>　　換熱器的概述</b></p><p>　　列管式換熱器是目前化工上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、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(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，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

6、處流出，這稱為殼程。</p><p>　　列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種： </p><p>　　1． 固定管板式換熱器： </p><p>　　這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)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

7、列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，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(shí)，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

8、壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔茫蛻?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。。 </p><p>　　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(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)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

9、脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。</p><p>　　3． U型管式換熱器： </p><p>　　U形管式換熱器，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(wèn)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

10、列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。</p><p>　　4. 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(jiǎn)單，造價(jià)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><b>　　設(shè)計(jì)概述</b></p><p

11、>　　根據(jù)估算數(shù)據(jù)，先選取一比估算面積稍大的換熱器，然后進(jìn)行換熱器換熱面積的校核及管程、殼程的阻力壓降，逐步調(diào)節(jié)折流擋板間距等措施，最終使所選取的換熱器符合要求，同時(shí)要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為以后做準(zhǔn)備。</p><p>　　設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)：恰當(dāng)估算換熱面積；正確選取換熱器的型號(hào)；認(rèn)真校核換熱面積及阻力壓降。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及方案</b><

12、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　流量為30kg/s的某原油在列管式換熱器殼程流過(guò)，從150降到110，將管程的油品從25加熱至60。試選一臺(tái)適當(dāng)型號(hào)的列管式換熱器或設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，已知定性溫度下的兩流體的物性參數(shù)如下：</p><p><b>　　表2-1</b></p>

13、<p>　　按規(guī)定的工藝實(shí)際條件，此設(shè)計(jì)為無(wú)相變化的熱冷流體見換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　　估算所需要的換熱面積，選取一個(gè)合適的換熱器。</p><p>　　校核傳熱面積及管程、殼程的壓力降。</p><p><b>　　結(jié)果匯總及評(píng)述

14、。</b></p><p>　　符號(hào)說(shuō)明、參考文獻(xiàn)及附圖。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>　　原油物性</b></p><p><b>　　進(jìn)口溫

15、度：</b></p><p><b>　　出口溫度：</b></p><p><b>　　密 度：</b></p><p><b>　　定壓熱容：</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)：</b></p><p&

16、gt;<b>　　粘 度：</b></p><p><b>　　污垢熱阻：</b></p><p><b>　　流 量：</b></p><p><b>　　油品物性</b></p><p><b>　　進(jìn)口溫度：</b>

17、</p><p><b>　　出口溫度：</b></p><p><b>　　密 度：</b></p><p><b>　　定壓熱容：</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)：</b></p><p><b>

18、　　粘 度：</b></p><p><b>　　污垢熱阻：</b></p><p><b>　　計(jì)算熱負(fù)荷</b></p><p>　　當(dāng)不記熱損失時(shí)候，換熱器熱負(fù)荷為：</p><p><b>　　W</b></p><p><

19、;b>　　物料衡算</b></p><p><b>　　逆流平均溫差計(jì)算</b></p><p>　　逆流過(guò)程如圖所: </p><p>　　初估值 ： </p><p><b>　　1.14</b></p><p>　　初步?jīng)Q定采用單殼程、偶數(shù)

20、管程的換熱器。查表得校正系數(shù)=1.0;因?yàn)?.8，故可行。</p><p><b>　　估算傳熱面積</b></p><p>　　查表的初步估算傳熱系數(shù)=250W/()，則得</p><p><b>　　換熱器的選取</b></p><p>　　由于兩流體溫差較大，同時(shí)為了便于清洗，參照附化工原理上

21、冊(cè)附錄中的換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初步選定BES-700-1.6-120-6/25-4I型浮頭式換熱器，有關(guān)數(shù)據(jù)見下表：</p><p>　　BES-700-1.6-120-6/25-4I</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　傳熱面積及壓降的校核</p><p><b>　　傳熱系數(shù)計(jì)算&

22、lt;/b></p><p>　　管程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　、管程流通面積： </p><p><b>　　、管程油品流速：</b></p><p>　　、雷諾數(shù)： </p><p>　　、由于管程油品被加熱v，則其對(duì)流傳熱系數(shù)：</p>&

23、lt;p>　　殼程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　、擋板的選取</b></p><p>　　選取缺口高度為25%的弓形擋板，取折流擋板的間距為300mm，故折流擋板數(shù)目為：NB ，即采用了19個(gè)缺口高度為25%的弓形擋板，間距為300mm。</p><p><b>　　、殼程流通面積:</b></

24、p><p><b>　　、殼程原油流速：</b></p><p>　　、正方形錯(cuò)列當(dāng)量直徑：</p><p><b>　　0.027m</b></p><p><b>　　、雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　　、普蘭特?cái)?shù)：</b&g

25、t;</p><p>　　、殼程原油被冷卻，取=0.95，則其對(duì)流傳熱系數(shù): </p><p><b>　　壓降核算</b></p><p><b>　　管程壓降</b></p><p>　　取管壁粗糙度,查圖可得摩擦系數(shù)</p><p><b>　　所以，&

26、lt;/b></p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算可知， 均小于100000Ｐａ，則選用的換熱器管程的阻力壓降降符合要求。</p><p><b>　　殼程壓降</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算可知， 小于100000Ｐａ，則選用的換熱器殼程的阻力壓降降符合要求。</p><p><b>　　總傳熱系數(shù)計(jì)算&

27、lt;/b></p><p><b>　　忽略管壁熱阻。</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　計(jì)算傳熱面積及校核</b></p><p><b>　　計(jì)算傳熱面積為：</b></p><p

28、>　　所得結(jié)果與原估計(jì)值相近似，由附表查得此換熱器的換熱面積為118.1m2</p><p><b>　　計(jì)算面積裕度：</b></p><p>　　即此換熱器換熱面積有23%的裕度，符合設(shè)計(jì)的面積要求。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　換熱器的參數(shù)及

29、實(shí)際計(jì)算數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤?-1：</p><p><b>　　表5-1</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　Q:熱負(fù)荷 ：普蘭特常數(shù) ：阻力壓降 d：管經(jīng)</p><p>　　μ ：流體粘度

30、 l：管長(zhǎng)：流體密度 t:管中心距 λ：流體導(dǎo)熱系數(shù) S: 流體流通面積</p><p>　　T: 流體溫度 流體雷諾數(shù)</p><p>　?。憾▔簾崛?U: 流體流速</p><p>　?。簩?duì)流傳熱系數(shù) </p>

31、<p>　?。盒Ｕ禂?shù) </p><p>　?。耗Σ料禂?shù) </p><p>　　：管壁厚度 </p><p><b>　　A: 傳熱面積</b></p><p><b>　　D：外殼直徑</b></p>

32、<p><b>　　NP：管程數(shù)</b></p><p><b>　　K：總傳熱系數(shù) </b></p><p><b>　　自我評(píng)述</b></p><p>　　換熱器的選型設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)要比設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單些，但也不能輕視，當(dāng)選擇換熱器是應(yīng)當(dāng)慎重選擇以保證以后的校核能夠快速完成！</p&g

33、t;<p>　　對(duì)于跟換熱計(jì)算的公式應(yīng)當(dāng)牢記，更應(yīng)當(dāng)熟練應(yīng)用，以便在設(shè)計(jì)中能夠快速并正確的處理數(shù)據(jù)，合理計(jì)算。</p><p>　　計(jì)算固然重要，但同時(shí)還應(yīng)當(dāng)選擇合理的換熱器，否則將會(huì)帶來(lái)不必要的頻繁的計(jì)算，不僅費(fèi)神費(fèi)力，還得不到心儀的結(jié)果。</p><p>　　不過(guò)選錯(cuò)也是在所難免的，在的不合適時(shí)更應(yīng)當(dāng)耐心些因?yàn)樵O(shè)計(jì)本身就是有著很大的計(jì)算量，如果稍不耐心就容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且

34、一錯(cuò)就會(huì)錯(cuò)到底，盡是給自己帶來(lái)不必要的麻煩，還是耐心認(rèn)真，爭(zhēng)取盡快完成設(shè)計(jì)，同時(shí)也提高了我們的能力。</p><p>　　這次的設(shè)計(jì)任務(wù)給我了很大的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使我不僅對(duì)換熱器有了更深層次的了解也使我更熟悉了Word的功能。</p><p>　　最后我要感謝我的指導(dǎo)老師蔡香麗老師，她為我們的設(shè)計(jì)提供了很大的幫助，這對(duì)于我完成設(shè)計(jì)起到了很大作用。</p><p><

35、;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 陸美娟、張浩琴主編.《化工原理》（上冊(cè)，修訂版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2006.4</p><p>　　2．黃振仁、魏新利主編.《過(guò)程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2002.12</p><p>　　3. 婁愛娟、吳志泉主編.《化工設(shè)計(jì)》.上海：華東理工大學(xué)出版社.2002.8