换热器的设计
化工原理课程设计2-1说明书题目：芳烃冷却器设计
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2015年7月10日
化工原理课程设计（2-1）任务书
题目
芳烃冷却器的设计
设计任务及操作条件
选择合适的列管式换热器并进行核算
1 选择合适的换热器；
2 计算热负荷；
3 计算温差和估计传热系数；
4 估算换热面积；
5 计算管程压降和给热系数；
6 计算壳程压降和给热系数；
7 计算传热系数；
8 校核传热面积。
设计要求
1. 手工计算完成换热器设计与校核；
2. 用EDR软件完成换热器的设计、校核；
3. 提交电子版及纸板：设计说明书、计算源程序。
目录
第1章前言 (2)
第2章设计计算 (4)
第3章校核计算 (8)
第4章换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表 (9)
第5章EDR设计与校核 (10)
致谢 (16)
参考文献 (17)
第1章前言
化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要的环节，是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是侦查工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要学会应用相关课程设计基础只是，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的换热器任务，得到化工工程设计的初步训练。在此之前，我们对化工这个专业的理解是抽象的，不具体的，局限于书本上的。通过化工原理课程设计，使我们初步掌握化工设计基础知识，设计原则及方法，学会各种标准的使用以及物质物理性质的查找方法，掌握了校核方法，包括笔算校核以及EDR校核，考虑的因素会很多，极大的调动我们的动手能力，会使我们能力得到提高。
课程设计将训练分析问题和独立工作的能力，综合运用所学知识进行化工工艺设计的能力，培养实事求是的科学态度和严谨认真的工作作风，还能提高工程绘图及写作能力。
换热器是石油化工中最基本的设备，它掌控着热量在化工当中的使用，在能源利用方面也起着至关重要的作用。换热设备在石油化工各个设置中的投资以及钢材消耗所占比重中不断上升，其在降低能耗与生产成本中的作用也日益显著。
本次设计所用的是固定管板式换热器，它属于管壳式换热器。管壳式换热器由管束跟壳体组成，一种流体在管内流动，称为管程；另一种流体在管外壳内流动，称为壳程。两种流体通过管壁进行换热。
固定管板式换热器加折流挡板进行调整结构架单，造价低廉，在工艺条件许可时应优先考虑。
本课程设计要考虑到安全性以及经济型，设计的主要内容有设计计算，校核计算，EDR 软件模拟以及校核。
第2章 设计计算
确定设计方案
选定换热器类型
两流体温度变化情况：热流体入口温度90℃，出口温度51℃；冷流体（自来水）入口温度28℃。选水的出口温度为43℃.
两流体定性温度如下：
热流体的定性温度 （90+51）/ 2 =℃ 水的定性温度 （28+43）/2=℃ 2,选定流体流动空间及流速
因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，
甲苯乙苯混合物走壳程。同时选用 192mm ?? 的碳钢管，管内流速取0.6/i u m s =,
确定物性数据
查取冷热流体的物性数据可得： 在定性温度下，存在如下数据：
计算总传热系数
计算热负荷（热流量）
按热流体计算，即
p Q=mC 1.8224391703.52/T KJ s
=??=V （2-1）
计算逆流平均温度差
,90-43--28=33.58(9043)ln
(5128)m t =--V 逆（）（51）℃
（2-2）
总传热系数K
管程给热系数
0.0150.6995.95Re =12582>10000
0.0007124i i i i d u ρμ??==（2-3）
故采用下式计算
0.80.4
0.80.4
20.023()()
0.614241890.00071240.02312582()
0.0150.6142
=3375.7//p i i i i i i i C d u d W m c μλραμλ=???=????（2-4）
管壁的导热系数
C W/m ??=45λ
假设总传热系数K=7102/W m C ??
计算传热面积
'
2
,1703520S ==67.59m 71033.58
m Q K t =?V 逆（2-5）
考虑15%的传热面积裕度
'21.1577.7S S m ==（2-6）
工艺结构尺寸
管径和管内流速
选用的碳钢换热管为192mm Φ?，管内流速为s. 管程数和传热管数
根据传热管内径和流速确定单程传热管数
2
27/995.98
n 2560.7850.0150.6s =
=??根（2-7）
按单管程计算所需换热管长度
77.7 5.09256 3.140.019s S L m n d π===??（2-8）
选6m 的管长，单管程. 传热管根数N=256（根）. 平均传热温差校正及壳程数
2111122143-28P 0.24
90-2890-51
2.643-28t t T t T T R t t -===--=
==-（2-9）
按单壳程单管程结构
0t 33.58m C
=V
传热管排列和分程方法
采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距 t==*19=24mm
（2-10）
横过管束中心线的管数
20c n ===（2-11）
壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η=，则壳体内径
1.05 1.0524481.9D mm ==?=（2-12）
圆整取D=500mm
折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为=?=
0.25500125
h mm
取折流板间距为B==150mm，取为200mm，折流板取11块。
接管
壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为s，则接管内径
==
d m
0.193
（2-13）
取标准管径为200mm。
管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为s，则接管内径
==
d m
0.152
（2-14）
取标准管径为200mm。
第3章 校核计算
热量核算
壳程对流给热系数
对于圆缺形折流板，可采用克恩公式
0.551/30.14
0.36()()()
po o o e o o o o e o o w C d u d μλρμαμλμ=（3-1）
当量直径由正三角形排列得
222
2004(t d )4(0.0240.019)
2424d 0.01443.140.019e m d πππ-?-?===?（3-2）
壳程流通截面积
2
00d 0.019
(1)0.20.5(1)0.0210.024S BD m t =-=?-=（3-3）
壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为
24/821
1.392/0.021o u m s
==（3-4）
0.014 1.392821Re 44586
0.0003691e o o o o d u ρμ??===（3-5）
1.820.0003691Pr 5.57
0.1206po o o o C μλ?===（3-6）
0.551/30.14
0.551/320.36()()()
0.360.1206/0.014444586 5.5711927.26/po o o e o o o o e o o w
C d u d W m C
μλρμαμλμ==????=??（3-7）
管程对流给热系数
0.80.023()()
pi i
i i i i i i i i C d u d μλραμλ=（3-8）
管程流通截面积
22
S 0.7850.015256/10.0452i m =??=（3-9）
管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为
27/995.95
0.5998/0.0452i u m s
==（3-10）
0.0150.5998995.95
Re 12578
0.000712441890.0007124 4.859
0.6142
i i i i i pi i
ri i
d u C P ρμμλ??===?=
==（3-11）
0.80.80.023()()
0.02341.6511628 1.853168
pi i
i i i i i i i i
C d u d μλραμλ==???=（3-12）
传热系数K
21
=
d 1
10.0190.0190.0020.0191
0.000160.000153374.80.0150.015450.0171927.26771.3/o o o si so i i i m o
K d bd R R d d d W m C αλα++++=
?+?+++
??=??计（3-13） 771.3
==1.09 1.1710
K K ≈计选（3-14）
K 值符合要求. 传热面积
2
Q 2331930S=98.58K 769.2330.75m m t ==?V （3-15）
实际传热面积
2
(N n ) 3.140.0196(256-20)84.48m p o e S d L π=-=???=（3-16）
面积裕度
84.4865.77
28.4%
65.77p S S H S
--=
==（3-17）
换热面积裕度合适，满足设计要求.
换热器内流体流动阻力
管程流动阻力
12p (p p )F i t p s
N N ∑=+V V V （3-18）
（F t 结垢校正系数，N p 管程数，N s 壳程数）
取换热管的管壁粗糙度为，则ε/d=，R ei =12578，查图得λi =.
22
122
1126995.950.59980.036258020.0152
995.950.599833537.522
(p p )F (2580537.5)1.4218729Pa 60KPa
i i i i t p s u L p Pa
d u p Pa
p N N ρλρ?==??=?=?=?=∑=+=+???= 压降符合标准即管程阻力在允许范围之内。 壳程流动阻力 工程计算中常采用Esso 法，该法的计算公式如下： 12p (p p )F i s s N ∑=+V V V （3-20） （Fs 为结垢校正系数，对液体 Fs=，Ns 为壳程数） 流体流经管束的阻力 2 '1 p (N 1) 2o o c B u Ff n ρ=+V （3-21） F 为管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列F=，正方形直列 F=，正方形错列时，F=。 f o 为壳程流体的摩擦系数， 当 0.2280.228Re 500f 5.0Re 5.0445860.435 o o o -->==?=时，（3-22） n c 为横过管束中心线的管数，n c =20 折流板间距B=，折流板数N B =11 22'1 1.392821 p (N 1)0.50.43520(111)4152022o o c B u Ff n Pa ρ?=+=???+?=V （3-23） 流体流经折流板缺口的阻力 2'22(3.5)11 2.7795.4236232 (4152023623) 1.15175KPa 90KPa o B u B p N Pa D p ρ=-=??=∑=+??= 以上管程压降和壳程压降都符合要求。 第4章换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表 第5章EDR设计与校核 初步规定 流体空间选择 热流体走壳程，冷流体走管程。 壳体和封头 换热流体为甲苯与乙苯组成的混合物和自来水，选择平盖管箱A。冷热流体进口温差小于110℃，且污垢热阻小于2/ g，换热器的冷热流体均为较清洁流体，因此选择固 m K W 定管板式换热器，前封头采用B型，后封头采用M型，壳体为E型。因此，TEMA type 选择BME。 换热管 选用管外径19mm，壁厚2mm的碳钢换热管。换热管排列角度为30o，管间距为25mm。折流板 选单弓形折流板。 换热器方位 换热器水平放置，折流板切口方向为水平方向。 设计结果与分析 图5-1 图5-2 图5-3 结构参数 换热器形式为单台1管程AES换热器，壳体内径387mm，管长5100mm，管子180，管外径，管壁厚管子排列方式为错列正三角形，管间距，单弓形折流板，切确率%。 面积余量 为零，需在校核模式中调整。 压降 壳侧压降，管侧压降，小于允许压降。 流速 壳侧最高流速s，管侧最高流速s，管侧流速偏高，壳侧偏高，在校核模式调节。 传热系数 总传热系数为(m2?℃)，大于经验值。 传热温差 为℃，无矫正。 校核模式 根据设计结果，在《浮头式换热器和冷凝器形式与基本参数》(GB/T 中选择最为接近的规格进行圆整，壳体内径430mm，管长6000mm，管子237，管外径19mm管壁厚，管子排列方式为错列正三角方形，管间距25mm，单弓形折流板，切缺率25%。 参照相关标准，壳侧、管侧进出口内、外径为159mm、168mm。 校核结果分析 图5-4 图5-5 图5-6 面积余量 为26%，符合生产要求。 压降 壳侧压降，管侧压降，小于允许压降。 流速 壳侧最高流速s，管侧最高流速s. 传热系数 总传热系数为(m2?℃)，在经验值范围之内。 传热温差 为℃，温差校正系数。 热阻分布 热阻集中分布在壳侧，符合甲苯乙苯混合物实际情况，对于浮头式壳侧亦容易清洗。压降分布 错流窗口流压降分别%和%，壳侧和进出口管嘴压降分别为%、%，管侧和进出口管嘴压降分别为%、%，压降分布合理 EDR设计结果 换热器型号为 0.456 45083.81I 0.5519 BEM----，具体结构参数为：公称直径450mm；管 子为19mm2mm φ?的碳钢管，长度为6m，管心距25mm，管子数237，管程数为1，管子排列方式为正三角形错列，单弓形折流板，切缺率25%，间距200mm。 致谢 感谢老师给了我一次机会来独立完成课程设计，在这个过程中，老师不断的给与我们方便，在两年的大学生活将满之际，终于能体会到专业的实际操作性内容也让我很是兴奋与欣慰，增强了我们的实践能力与动手应用能力，并且提高了我们的独立思考能力。 同时也要感谢同学们在过程中给予我的帮助，当我遇到困难的时候没有他们就没有我的继续，风雨与共患难同行，互帮互助才是学习的本源，这让我了解到了更多。 通过这次设计我学习到了更多的知识以及能够把化工专业立体化形象化，极大地开阔了我的视野，提高了我的学习能力，独立完成能力，应用实践能力，为我以后的道路奠定了坚定的基础。 最后，再一次感谢帮助过我的老师和同学们！ 第1章 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大 《化工过程设备设计Ⅰ（一）》 说明书 设计题目：换热器的设计 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计日期： 设计单位：青海大学化工学院化学工程系 目录 前言 (4) 任务书 (5) 目的与要求 (6) 一、工艺设计方案 (8) 二、确定物性数据 (9) 三、估算传热面积 (9) 四、工艺结构尺寸 (10) 五、换热器核算 (12) 六、设计结果概要一览表 (17) 七、参考文献 (19) 前言 化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。 化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使学生得到化工设计的初步训练，为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心，训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为3周，其基本内容为： (1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 (2)主要设备的工艺设计计算(含计算机辅助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。 (3)辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。 (4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。 (5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 (6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参 概述 本规范描述了组合式空调机组的设计参数、性能要求、设计工况及各元件设计和选型方法。组合式空调机组基本型号有24个，功能段包括混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、各种加湿、风机段、消声段等二十余种功能段。 组合式空调机组的长、宽、高是按模数进行设计，标准规定：1M=158mm，基本命名方式为：MKZXXXX，前两为数字表高度上的模数，后两位表示宽度上的模数，尺寸的计算方法为：L=XX*158+50（70）（面板厚度为30mm时取50，面板厚度为50mm时取70）。 组合式空调机组的具体命名方法可参阅组合式空调机组产品分类与型号命名（） 组合式空调机组的基本设计工况： 混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、加湿段、风机段、消声段等进行自由组合，对空气的进行处理，满足客户对空气洁净度和舒适度、环境噪声的需求。 第一章换热器设计计算方法 换热器用来实现空气与热源载体——水进行能量交换的设备，是空调末端产品中最重要的部件之一。主要构件有进出水管、集水管、铜管、翅片、U型管、端板等，下面主要介绍表冷器大小、翅片形式、铜管大小等的选择，其结构上的知识不做介绍。 我们公司换热器的命名方法： 换热器的中文名称加三个主参数，即：换热器 M*N*L，M表示换热器厚度方向铜管排数，N表示换热器高度方向的铜管数，L表示换热器有效长度（即换热铜管长度），如：换热器 4*20* 1500，表示4排换热器，高度方向有20根管，换热器铜管的有效长度为1500。换热器的其他构件相关尺寸都是以这三个基本参数为依据换算而来。 换热器M×N×L（换热器系列部件图样代号及名称） MK．HRQ3Z 换热器8×24×2015（换热器系列部件图样代号及名称） 表示换热管规格为φ16、总水管通径为DN65（3型管）、8排（M=8）换热管、每排管数 为24（N=24）、换热器迎风面长度或换热管有效长度为2015mm（L=2015）的左式换热器。 具体名称命名方式可参阅换热器命名。 换热器的设计： 一、基本参数的设计： M 一般尽量按客户要求选择，在客户没有要求的情况下，我们根据N、L的值，加上我们的经验公式（见后）进行计算。 N、L 根据我们规划的段位尺寸，保证换热器在表冷段中便于安装，且有最大的换热面积和迎风面积，具体的段位尺寸见组合空调标准段位图。 二、翅片和铜管的选择 目前我们公司有波纹片、开窗片、平片三种翅片形式。波纹片主要是与φ16铜管配套，开窗片、平片与φ铜管配套。风机盘管主要采用φ铜管套平片，空调箱按风量区别，5000m3/h以上的采用φ16铜管套波纹片，5000m3/h以下的采用φ铜管套开窗片。 波纹片与φ16铜管换热器特点：风阻较小，换热能力较小。开窗片与φ的换热器特点：风阻较大，换热能力较大。平片与φ的换热能力最小。 热交换器的选型和设计指南内容 1 概述 2 换热器的分类及结构特点 3 换热器的类型选择 4 无相变物流换热器的选择 5 冷凝器的选择 6 蒸发器的选择 7 换热器的合理压力降 8 工艺条件中温度的选用 9 管壳式换热器接管位置的选取 10 结构参数的选取 11 管壳式换热器的设计要点 12 空冷器的设计要点 13 空冷器设计基础数据 1概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法2换热器的分类及结构特点。 3换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器, 如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有： 1）热负荷及流量大小 2）流体的性质 3）温度、压力及允许压降的范围 4）对清洗、维修的要求 5）设备结构、材料、尺寸、重量 6）价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安 全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。 针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现 降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型 式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的 合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术 经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 管壳式换热器 管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到 41.5MPa ,温度可 以从-100 °以下到1100°C 高温。此外，它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便 等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。 特殊型式的换热器 特殊型式的换热器包括有：板式换热器、空冷器、多管式换热器、折流杆式换热器、板翅式换 热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器和热管换热器等。它们的使用是受设计温度和设计压 力限制的。在下图中给出了特殊型式的换热器的适用范围，可供参考。 7001 -------------------------------------------- , 600- 500- 400 300- 表3- 1特殊型式换热器的使用范围 1C 0 2010级应用化学专业《化工原理》课程设计说明书 题目： 姓名： 班级学号： 指导老师： 同组人员 完成时间： 《化工原理》课程设计评分细则 说明：评定成绩分为优秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69）和不及格（<60） 目录（按毕业论文格式要求书写） 第一部分设计任务书 第二部分设计方案简介评述 我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器有固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式等类型。列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体 的温差大于50 C，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器 结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。 第三部分 换热器设计理论计算 １、试算并初选换热器规格 （1）、 定流体通入空间 两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一 般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。 （2）、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式： 被冷却物质为煤油，入口温度为140℃,出口温度为40C 冷却介质为自来水，入口温度为30C ，出口温度为40C 煤油的定性温度：(14040)/290m T C =+= 水的定性温度：(3040)/235m t C =+= 两流体的温差：903555m m T t C -=-= 由于两流体温差大于50℃，故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器。 两流体在定性温度下的物性数据 (3)、计算热负荷Q 按管内煤油计算,即 1253 361.981010() 2.2210(14040) 1.541610330243600 n ph W Q C T T W ?=-= ????-=??? 若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得,即 6 3,21() 1.54161036.94/4.17410(4030) c p c Q C t t W kg s =-?==??- （4）、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数 逆流 温 差 212211222111 ()()(14040)(4030)39.09614040 ln ln ln 4030m t t T t T t t C t T t t T t ??-?------'====??---?- 121214040 104030 T T R t t --= ==-- 一、冷凝器热力、结构计算 1.1冷凝器的传热循环的确定 根据冷库的实际工作工况：取蒸发温度015t C =-?，过热度5r t C ?=?，即吸入温度110t C =-?；过冷度 5K t C ?=? ,冷凝器出口温度535k k t t t C =-?=?，则C t k 40=. 查《 冷库制冷设计手册》第441页图6-7， R22在压缩过程指示功率82.0=i η kg kJ h /4051= kg kJ h /4452= ()K kg kJ s s ?==/7672.121 kg m v /06535.031= kg kJ h /4183= kg kJ h /2504= kg kJ h /2435= kg m v /108673.0335-?= kg kJ h h w t /4040544512=-=-= (3.1) kg kJ w w i t i /8.4882.040===η 图1-1系统循环p-h 图 lgp /MPa kg kJ w h h i s /8.4538.4840512=+=+= 再查R22的圧焓图得C t s 802= kg m v s /02.032= 所需制冷剂流量为s kg h h Q q s k mo /3834.0243 8.4538152=-=-= 1.2冷却水流量vs q 和平均传热温差m T ?的确定 1.2.1冷却水流量vs q 确定 冷却水进、出口温度 C t ?='322,236t C ''=? ，平均温度C t m ?=34，由《传热学》563页的水的物性表可得: 3994.3/kg m ρ=4174/()p c J kg K =?620.746610/m s ν-=? 262.4810/()W m K λ-=?? 则所需水量: ()()s m t t c Q q p k vs /10879.4323641743.9941081333 '2''2-?=-???=-=ρ 1.2.2平均传热温差m T ?的确定 由热平衡 ：2323()()mo s p vs q h h c q t t ρ''-=?- ，有 2332()mo s p vs q h h t t c q ρ-''=-=()C 3.3510 879.4174.43.9944188.4533834.0363=???-?-- ()()C q c h h q t vs p mo 13.3210 879.4174.43.9942432503834.032t 354' 24=???-?+=-+=-ρ 换热器课程设计说明书 专业名称：核工程与核技术姓名：*** 班级：*** 学号：*** 指导教师：*** 哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 2017 年 1 月 13 日 目录 1 设计题目…………………………………………………………………………… 1.1 设计题目………………………………………………………………………1.2 团队成员……………………………………………………………………… 1.3 设计题目的确定过程………………………………………………………… 2 设计过程…………………………………………………………………………… 3 热力计算…………………………………………………………………………… 4 水力计算…………………………………………………………………………… 5 分析与总结………………………………………………………………………… 5.1 可行性评价和方案优选………………………………………………………5.2 技术分析………………………………………………………………………5.3 总结与体会……………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………附录计算程序……………………………………………………………………… 1.1、设计题目 设计一台管壳式换热器，把 18000 kg/h 的热水由温度 t 1 ’冷却至 t 1 ”，冷却水入口温 度 t 2 ’，出口温度 t 2 ”，设热水和冷却水的运行压力均为低压。 初始参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 80℃； 热水出口温度 t 1 ”： 50℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 20℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 45℃； 1.3设计题目的确定过程 首先，我们小组集中讨论了本次课程设计内容，即换热器设计的内容和具体细节上的要求，然后在组内达成了共识——求同存异。在题目初始参数相同的情况下对后续的计算以及编程过程发挥各自的特长，并将自己存在的疑问于组内其他成员讨论，充分发挥组内成员的自主和协作能力，努力做到一个合格并且优秀的核专业学生应有的素质。 对于管壳式换热器的设计计算，我们查阅了相关的资料（在本说明书最后一并提到），第一次尝试选择参数，如下： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 46℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 并尝试进行初步计算，不过在后面进行有效平均温差的计算时，针对我们手头有限的资料（见附录3），为了保证R可查，将参数修正为以下值。 二次选择参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 42℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 继续往下计算，我们通过之前的知识，发现在换热器的设计中，除非处于必须降 ψ>，至少不小于0.8。 低壁温的目的，一般按照要求使0.9 换热器课程设计安排与要求： 一、时间安排： 1、初稿完成时间： 检查设计图纸及说明书初稿，要求打印稿，图纸装配图初稿用A3纸打印，零件图可用A4纸。 2、最终上交设计计算说明书及图纸时间： 二、换热器课程设计说明书撰写规范、CAD图纸要求、课程设计说明书及任务书格式、内容要求见附件1、附件2、附件3。 附件1 换热器课程设计说明书撰写规范 1、说明书（论文）格式 (1) 纸型：A4纸，单面打印； (2) 页边距：上2cm，下2cm，左3cm、右2 cm； (3) 字体：正文全部宋体、小四； (4) 行距：1.5倍，段前、段后均为0，取消网格对齐选项。 2、说明书结构及要求 （1）封面 （2）目录 （3）任务书 目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”，标题“目录”，字体：黑体，字号：小三，章、节标题和页码，字体：宋体，字号：小四。 （4）正文 正文用小四号宋体字；每章的大标题用小三号黑体，加粗，留出上下间距为：段前0.5行，段后0.5行；二级标题用小四号黑体，加粗；其余小标题用小四号黑体，不加粗。 论文正文部分包括: 引言(或前言) 论文主体 结论 引言的内容应包括该项研究的目的和范围，以及该项研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义；本研究课题范围内国内外己有文献的综述；理论依据和实验设备条件；论文内容安排等。 正文是主体，其内容一般应包括:理论分析、计算方法、实验装置和测试方法。正文应准确、完整、清晰、通顺、实事求是、简短精练。 所有直接引用的文字、数字、事实以及转述他人的观点都应加标注说明其出处，避免论文抄袭现象的发生。 结论做为单独一章排列，结论是整篇论文的总结，应该精练准确，不得含糊其词模棱两可。结论中应认真阐述自己的创造性工作或新见解及其意义和作用。 正文中的图、表、附注、公式一律采用阿拉伯数字分章编号。 如图1.2，表2.3，附注4.5，式6.7等。 图的位置 ①图居中排列。 ②图与上文应留一行空格。 图的版式 ①“设置图片格式”的“版式”为“上下型”或“嵌入型”，不得“浮于文字之上”。 ②图的大小尽量以一页的页面为限，不要超限，一旦超限要加续图。 图名的写法 ①图名居中并位于图下，编号应分章编号，如图2.1、图2.2。 ②图及其名称要放在同一页中，不能跨接两页, 名称与下文留一空行。 ③图内文字清晰、美观。 ④中文图名设置为宋体，五号，居中。 表的格式说明 表格：三线表 三线表通常只有3条线，即顶线、底线和栏目线(注意：没有竖线)。其中顶线和底线为粗线，栏目线为细线。表要用WORD绘制，不要粘贴。 表的位置 ①表格居中排列。 ②表格与下文应留一行空格。 ③表中若有附注，一律用阿拉伯数字和右半圆括号按顺序编排，如注1），附注写在表的下方。 表的版式 ①表的大小尽量以一页的页面为限，不要超限，一旦超限要加续表。 10) 表名的写法 ①表名应当在表的上方并且居中。编号应分章编号，如表2.1、表2.2。 ②表名与上文留一空行。 热交换器的选型和设计指南 1 概述 (1) 2 换热器的分类及结构特点。 (1) 3 换热器的类型选择 (2) 4 无相变物流换热器的选择 (11) 5 冷凝器的选择 (13) 6 蒸发器的选择 (14) 7 换热器的合理压力降 (17) 8 工艺条件中温度的选用 (18) 9 管壳式换热器接管位置的选取 (19) 10 结构参数的选取 (19) 11 管壳式换热器的设计要点 (23) 12 空冷器的设计要点 (32) 13 空冷器设计基础数据 (35) 1 概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。 2 换热器的分类及结构特点。 表 2－1 换热器的结构分类 3 换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: 1) 热负荷及流量大小 2) 流体的性质 3) 温度、压力及允许压降的围 4) 对清洗、维修的要求 5) 设备结构、材料、尺寸、重量 6) 价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 3.1管壳式换热器 管壳式换热器的应用围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa，温度可以从-100°C以下到 1100°C高温。此外，它还具有容量大、 广东海洋大学 2013年清考试题 《换热器原理与设计》课程试题 课程号： 1420017 √ 考试 □ A 卷 □ 闭卷 □ 考查 □ B 卷 √ 考试 一．填空题（10分。每空1分） 1．相比较沉浸式换热器和喷淋式换热器，沉浸式换热器传热系数 较低。 2．对于套管式换热器和管壳式换热器来说， 套管式换热器 金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。 3．在采用先逆流后顺流<1-2>型热效方式热交换器时，要特别注意温度交叉问题，避免的方法是 增加管外程数 和两台单壳程换热器串联。 4．在流程的选择上，腐蚀性流体宜走 管程，流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re ＞100)下即可达到湍流。 5．采用短管换热，由于有入口效应，边界层变薄，换热得到强化。 6. 相对于螺旋槽管和光管，螺旋槽管的换热系数高. 7. 根据冷凝传热的原理，层流时，相对于横管和竖管，横管 传热系数较高。 8.减小管子的支撑跨距能增加管子固有频率，在弓形折流板缺口处不排管，将 减小 管子的支撑跨距 9. 热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700m 2/m 3，为紧凑式换热器。 10. 在廷克流动模型中ABCDE5股流体中，真正横向流过管束的流路为B 股流体,设置旁路挡板可以改善C 股流体对传热的不利 GDOU-B-11-302 班级： 姓 名： 学号： 试题共 4 页 加白纸3 张 密 封 线 影响。 二．选择题（20分。每空2分） 1.管外横向冲刷换热所遵循侧传热准则数为(C ) A. 努赛尔准则数 B. 普朗特准则数 C. 柯尔本传热因子 D. 格拉肖夫数 2.以下哪种翅片为三维翅片管( C ) A. 锯齿形翅片 B. 百叶窗翅片 C. C管翅片 D. 缩放管 3.以下换热器中的比表面积最小( A ) A．大管径换热器B．小管径换热器 C．微通道换热器 D. 板式换热器 4. 对于板式换热器，如何减小换热器的阻力(C ) A．增加流程数B．采用串联方式 C．减小流程数 D. 减小流道数。 5.对于板翅式换热器，下列哪种说法是正确的( C ) A．翅片高度越高，翅片效率越高 B．翅片厚度越小，翅片效率越高 C．可用于多种流体换热。 D. 换热面积没有得到有效增加。 6.对于场协同理论，当速度梯度和温度梯度夹角为( A )，强化传热效果最好。 A．0度B．45度 C.90度 D. 120度 7. 对于大温差加热流体(A ) A．对于液体，粘度减小B．对于气体，粘度减小 C．对于液体，传热系数减小 D. 对于气体，传热系数增大8. 对于下列管壳式换热器，哪种换热器不能进行温差应力补偿( B ) A．浮头式换热器B．固定管板式换热器 C．U型管换热器 D. 填料函式换热器。 9. 对于下列管束排列方式，换热系数最大的排列方式为( A ) A．正三角形排列B．转置三角形排列 C．正方形排列 D. 转正正方形排列。 10. 换热器内流体温度高于1000℃时，应采用以下何种换热器(A ) 换热器主要参数及性能特 点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。 ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。 热交换器的选型和设计指南 目录 1 概述 (1) 2 换热器的分类及结构特点。 (1) 3 换热器的类型选择 (2) 4 无相变物流换热器的选择 (11) 5 冷凝器的选择 (13) 6 蒸发器的选择 (14) 7 换热器的合理压力降 (17) 8 工艺条件中温度的选用 (18) 9 管壳式换热器接管位置的选取 (19) 10 结构参数的选取 (19) 11 管壳式换热器的设计要点 (23) 12 空冷器的设计要点 (32) 13 空冷器设计基础数据 (35) 1 概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。 2 换热器的分类及结构特点。 表 2－1 换热器的结构分类 3 换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: 1) 热负荷及流量大小 2) 流体的性质 3) 温度、压力及允许压降的范围 4) 对清洗、维修的要求 5) 设备结构、材料、尺寸、重量 6) 价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 3.1管壳式换热器 管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa，温度可以从-100°C以下到 1100°C高温。此外，它还具有容量 换热器设计指南 1 总则 1.1 目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1.2 范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号（版次）的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999 钢制压力容器 GB151-1999 管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers——JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社（2002） 换热器设计手册——中国石化出版社（2004） 换热器设计手册——化学工业出版社（2002） Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ——SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection——CHEVRON COP. (1989) HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers——TOTAL（2002） 管壳式换热器工程规定——SEI（2005） 2 设计基础 2.1 传热过程名词定义 2.1.1 无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2 沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化—液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3 冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相, 热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2 换热器的术语及分类 2.2.1 术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器；位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分； 管程数：介质沿换热管长度方向往、返的次数； 壳程数：介质在壳程内沿壳体轴向往、返的次数； 公称长度：以换热管的长度作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度，换热管为U形管时取U形管直管段的长度； 计算换热面积：以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积，对于U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积；公称换热面积：经圆整后的计算换热面积； 西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质； ③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求； ⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温 西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不 能清洗 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压 力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃； 内垫片易渗漏 U 型管式 制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、 管子不易更换和不易机械清洗 填料 函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压 力较高场合 釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中 换热器设计指南 1总贝!I i.i目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1. 2范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号 (版次)的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999钢制压力容器 GB151-1999管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers ------- JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社(2002) 换热器设计手册——中国石化出版社(2004) 换热器设计手册——化学工业出版社(2002) Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ---------- SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection -------- HEVRON COP. (1989) HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers ------- TOTAL (2002) 管壳式换热器工程规定——SEI (2005) 2设计基础 2. 1传热过程名词定义 2.1.1无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化一液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相，热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2换热器的术语及分类 2.2.1术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器； 位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分； 热交换器的选型和设计指南 2换热器的分类及结构特点。...................... 3换热器的类型选择......................... 4无相变物流换热器的选择....................... 5冷凝器的选择............................ 6蒸发器的选择........................... 7换热器的合理压力降......................... 8工艺条件中温度的选用....................... 9管壳式换热器接管位置的选取..................... 10结构参数的选取.......................... 11管壳式换热器的设计要点...................... 12空冷器的设计要点........................ 13空冷器设计基础数据........................ 1概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。 2换热器的分类及结构特点。 表2-1换热器的结构分类 3换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有： 1）热负荷及流量大小 2）流体的性质 3）温度、压力及允许压降的范围 4）对清洗、维修的要求 5）设备结构、材料、尺寸、重量 6）价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 3.1 管壳式换热器 管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到 41.5MPa,温度可以从-100 ° C以下到1100° C高温。此外，它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。 3.2 特殊型式的换热器 特殊型式的换热器包括有：板式换热器、空冷器、多管式换热器、折流杆式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器和热管换热器等。它们的使用 换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热 已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定 首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算 管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值 一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。 表1 油水物性参数表 水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中 油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。 实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算换热器毕业设计论文.doc
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