1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題目名稱： 列管式換熱器設計 </p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　2010-2011 學年一 學期 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，石油化學及石油煉制工業(yè)以及其它一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設備。</p><p>　　它不僅可以單獨作為加熱器，冷凝器使用而且是一些化工單元操作的重要附屬設備。</p>&

3、lt;p>　　因此在化工生產中占有重要的地位。</p><p>　　在進行換熱時，一種流體由封頭的連結管處進入，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>　　本次我的設計任務是選取一臺合適的換熱器，選取的換熱器僅要滿足工藝和生產要求，雖然說要求不是很高，也沒有一要求具體制作等那些較難的問題，但是我仍然會以認真仔細的態(tài)度去對待之這次任務，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 ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時，一種流體由封頭的連結管處進入，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償結構來分，主要有以下幾種： </p><p>　　1． 固定管板式換熱器： </p><p>　　這類換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。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。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產生了很大的溫差應力，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>　　為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置（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、壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償的作用，就應考慮其他結構。。 </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，因而當兩種換熱器介質的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產生溫差應力。其缺點為結構復雜，造價高。</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。其缺點是管子內壁清洗困難，管子更換困難，管板上排

10、列的管子少。優(yōu)點是結構簡單，質量輕，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，結構比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內介質有外漏的可能，殼程中不應處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質。</p><p><b>　　設計概述</b></p><p

11、>　　根據估算數據，先選取一比估算面積稍大的換熱器，然后進行換熱器換熱面積的校核及管程、殼程的阻力壓降，逐步調節(jié)折流擋板間距等措施，最終使所選取的換熱器符合要求，同時要認真總結經驗，為以后做準備。</p><p>　　設計中應注意的幾點：恰當估算換熱面積；正確選取換熱器的型號；認真校核換熱面積及阻力壓降。</p><p><b>　　設計任務及方案</b><

12、;/p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　流量為30kg/s的某原油在列管式換熱器殼程流過，從150降到110，將管程的油品從25加熱至60。試選一臺適當型號的列管式換熱器或設計一臺列管式換熱器，已知定性溫度下的兩流體的物性參數如下：</p><p><b>　　表2-1</b></p>

13、<p>　　按規(guī)定的工藝實際條件，此設計為無相變化的熱冷流體見換熱器的設計任務。 </p><p><b>　　設計方案 </b></p><p>　　估算所需要的換熱面積，選取一個合適的換熱器。</p><p>　　校核傳熱面積及管程、殼程的壓力降。</p><p><b>　　結果匯總及評述

14、。</b></p><p>　　符號說明、參考文獻及附圖。</p><p><b>　　設計計算</b></p><p><b>　　設計參數</b></p><p><b>　　原油物性</b></p><p><b>　　進口溫

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>　　導熱系數：</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>　　導熱系數：</b></p><p><b>

18、　　粘 度：</b></p><p><b>　　污垢熱阻：</b></p><p><b>　　計算熱負荷</b></p><p>　　當不記熱損失時候，換熱器熱負荷為：</p><p><b>　　W</b></p><p><

19、;b>　　物料衡算</b></p><p><b>　　逆流平均溫差計算</b></p><p>　　逆流過程如圖所: </p><p>　　初估值 ： </p><p><b>　　1.14</b></p><p>　　初步決定采用單殼程、偶數

20、管程的換熱器。查表得校正系數=1.0;因為0.8，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=250W/()，則得</p><p><b>　　換熱器的選取</b></p><p>　　由于兩流體溫差較大，同時為了便于清洗，參照附化工原理上

21、冊附錄中的換熱器系列標準，初步選定BES-700-1.6-120-6/25-4I型浮頭式換熱器，有關數據見下表：</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>　　傳熱系數計算&

22、lt;/b></p><p>　　管程對流傳熱系數計算</p><p>　　、管程流通面積： </p><p><b>　　、管程油品流速：</b></p><p>　　、雷諾數： </p><p>　　、由于管程油品被加熱v，則其對流傳熱系數：</p>&

23、lt;p>　　殼程對流傳熱系數計算</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，故折流擋板數目為：NB ，即采用了19個缺口高度為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>　　、正方形錯列當量直徑：</p><p><b>　　0.027m</b></p><p><b>　　、雷諾數：</b></p><p><b>　　、普蘭特數：</b&g

25、t;</p><p>　　、殼程原油被冷卻，取=0.95，則其對流傳熱系數: </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</p><p><b>　　所以，&

26、lt;/b></p><p>　　經過計算可知， 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>　　經過計算可知， 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>　　總傳熱系數計算&

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

28、>　　所得結果與原估計值相近似，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，符合設計的面積要求。 </p><p><b>　　設計結果匯總</b></p><p>　　換熱器的參數及

29、實際計算數據匯總如下表5-1：</p><p><b>　　表5-1</b></p><p><b>　　設計符號說明</b></p><p>　　Q:熱負荷 ：普蘭特常數 ：阻力壓降 d：管經</p><p>　　μ ：流體粘度

30、 l：管長：流體密度 t:管中心距 λ：流體導熱系數 S: 流體流通面積</p><p>　　T: 流體溫度 流體雷諾數</p><p>　?。憾▔簾崛?U: 流體流速</p><p>　?。簩α鱾鳠嵯禂?</p>

31、<p>　?。盒Ｕ禂?</p><p>　　：摩擦系數 </p><p>　?。汗鼙诤穸?</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</b></p><p><b>　　K：總傳熱系數 </b></p><p><b>　　自我評述</b></p><p>　　換熱器的選型設計相對來說要比設計簡單些，但也不能輕視，當選擇換熱器是應當慎重選擇以保證以后的校核能夠快速完成！</p&g

33、t;<p>　　對于跟換熱計算的公式應當牢記，更應當熟練應用，以便在設計中能夠快速并正確的處理數據，合理計算。</p><p>　　計算固然重要，但同時還應當選擇合理的換熱器，否則將會帶來不必要的頻繁的計算，不僅費神費力，還得不到心儀的結果。</p><p>　　不過選錯也是在所難免的，在的不合適時更應當耐心些因為設計本身就是有著很大的計算量，如果稍不耐心就容易出現錯誤，而且

34、一錯就會錯到底，盡是給自己帶來不必要的麻煩，還是耐心認真，爭取盡快完成設計，同時也提高了我們的能力。</p><p>　　這次的設計任務給我了很大的學習機會，使我不僅對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老師蔡香麗老師，她為我們的設計提供了很大的幫助，這對于我完成設計起到了很大作用。</p><p><

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