传热学课程设计列管式换热器设计.docxVIP

PAGE \* MERGEFORMAT13 题 目：列管式换热器的设计 目 录 1.设计任务及操作条件 3 2.定性温度下流体物性数据 3 3.确定设计方案 3 4.确定物性 5 5.估算传热面积 4 6.工艺尺寸的确定 5 7.换热器核算 7 8.设计小结 11 一、设计任务及操作条件 某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。试选用一台适当型号的列管式换热器。(x:学号) 二、定性温度下流体物性数据 物料 温 度 ℃ 质量流量 kg/h 比 热 kJ/kg.℃ 密 度 kg/m3 导热系数 W/m.℃ 粘度 Pa.s 入口 出口 柴油 175 T2 34000+10x 2.48 715 0.133 0.64×10-3 原油 70 110 44000+15x 2.20 815 0.128 3.0×10-3 推荐总K=45~280 W/m.℃ 三、确定设计方案 1、选择换热器类型 因为， 所以，= 两流体温度变化情况：热流体（柴油）进口温度175℃，出口温度129℃；冷流体（原油）进口温度70℃，出口温度110℃。浮头式特点：便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。 2、管程安排 根据以下原则：(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。(2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(5)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(6)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。综合来看，我们选择柴油走管程，原油走壳程。 四、确定物性 为减少热损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程，原油走壳程。选用φ25×2.5mm的碳钢管，管内流速取u i=1.0m/s。 由上表可知柴油和原油的相关物性数据如下： 1、柴油： 密度 定压比热容 导热系数 黏度 2、原油： 密度 定压比热容 导热系数 黏度 五、估算传热面积 1、热流量 2、平均传热温差 先按照纯逆流计算，得： 3、初估算换热系数K （1）管程传热系数： （2）壳程传热系数 假设壳程的传热系数为 两侧的污垢热阻均为 管壁的导热系数 （3）换热系数K： 4、传热面积 考虑15%的面积裕度， 六、工艺尺寸的确定 1、管径和管内流速：选用Φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速u1=1.0ms 2、管程数和传热管数:  按单程管计算，所需的传热管长度为 因按按单程管设计,传热管过程,宜采用多管程结构。根据设计实际情况，采用非标设计，现在取传热管长, 则该换热器的管程数为： 传热管总根数为： 3、传热温差校平均正及壳程数 平均温差校正系数： 按单壳程，6管程结构，查表得： 平均传热温差为： 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 4、传热管排列和分程方法 采用组合排列法,即每程内均按正三角排列,隔板两侧形排列.取管心距 ，则 横过管束中心线的管数： 5、壳体内径： 采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径为 圆整可取 6、折流挡板 采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的5%,则切去的圆缺高度为： 取折流板间距则 折流板数 折流板圆缺面水平装配。 7、接管 壳程流体进出口接口：取接管内流速为，则接管内径为： 取标准管径为200mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 ，则接管内径为： 取标准管径为150mm。 七、换热器核算 1、热流量核算 （1）壳程表面传热系数，可采用克恩公式： 当量直径,由三角形排列得： 壳程流通截面积： 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特准数 粘度校正： (2)管内表面传热系数： 管程流通截面积： 管程流体流速及其