年柴油原油換熱器設(shè)計(jì)處理量2.7×105 噸年柴油原油換熱器設(shè)計(jì)

1、油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院 油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì)題目 處理量2.7105噸/年柴油-原油換熱器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1設(shè)計(jì)題目：處理量20萬(wàn)噸/年柴油-原油換熱器設(shè)計(jì)2操作條件：（1）原油：入口溫度70c；出口溫度110c；（2）采用柴油加熱，入口溫度170，出口溫度124c； （3）已知兩側(cè)污垢熱阻為0.0002c/w,管程與殼程兩側(cè)降壓小于或等于0.3at，熱阻損失5%。（4）相關(guān)物性數(shù)據(jù)：原油在90，1.2mpa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：物性密度i（kg/m3）定壓比熱容cpi kj/(kg)粘度i（pas）導(dǎo)熱系數(shù)i（wm-1-1）原油 8152.26.6510-3 0.128

2、 柴油在147的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cpo kj/(kg)粘度o（pas）導(dǎo)熱系數(shù)o（wm-1-1）柴油718 2.460.6610-30.139（5）每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)。3設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）處理能力：2105t/a原油；（2）設(shè)備型式：自選（3）選擇適宜的換熱器并進(jìn)行核算；（4）繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。4設(shè)計(jì)要求：為使學(xué)生獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，每個(gè)學(xué)生的原始數(shù)據(jù)均在處理量上不同，即學(xué)號(hào)在116號(hào)中，每上浮0.1105t/a為一個(gè)學(xué)號(hào)的處理量（例如1號(hào)換熱器處理量量為1.5105 t/a；2號(hào)換熱器處理量為1.6105

3、t/a等依此類推）；5參考書：（1）化工設(shè)計(jì)手冊(cè)上、下，上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院；（2）譚天恩.麥本熙，化工原理下冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社出版；（3）匡國(guó)柱.史啟才，化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)；（4）化工設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì)，金國(guó)淼等編，吸收設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社；（5）陳敏恒等編化工原理下冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社出版；（6）其它參考書。 油氣儲(chǔ)運(yùn)系 2011年12月摘要 課程設(shè)計(jì)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的一次很好的機(jī)會(huì)，本文是對(duì)熱變換器進(jìn)行一次選型設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)內(nèi)容是處理量為27萬(wàn)噸/年原油加熱器的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用浮頭式換熱器，采用柴油加熱原油。 本設(shè)計(jì)完成了換熱器的工藝計(jì)算，包括柴油和原油的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)，換熱器面積估算，換

4、熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算，并分別進(jìn)行核算，繪制了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，換熱器裝配圖。關(guān)鍵詞：浮頭式換熱器；柴油；原油abstractcurriculum design is a great opportunity for students to use the theory they learned into the practice, this is a type design for heat transformer. the content is designed handling capacity of 27 tons / year of crude oil heater design,

5、 the design uses a floating head heat exchanger, diesel heating crude. the heat exchanger design complete the process calculation, including both diesel and crude oil physical property based data, heat transfer area estimation, the size of the heat exchanger structure process calculation, and were a

6、ccounted for respectively, draw a flow chart with control points, heat exchanger assembly drawing.key words:floating headheat exchanger; diesel fuel; crude目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書i摘要iiiabstractiv第一章 緒論11.1換熱器的技術(shù)概論11.2換熱器設(shè)備的發(fā)展31.3 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用4第二章 設(shè)計(jì)方案72.1換熱器類型的選擇72.2流程的安排8第三章 換熱器的工藝計(jì)算93.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)93.2 換熱器面積的估計(jì)93.2.1

7、熱負(fù)荷93.2.2平均傳熱溫差103.2.3平均傳熱溫差校正103.2.4傳熱面積103.2.5柴油的用量113.3換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算113.3.1管內(nèi)和管外流速計(jì)算113.3.2管長(zhǎng)管徑計(jì)算133.3.3傳熱管排列和分程的選擇133.3.4殼程數(shù)的確定133.3.5殼程內(nèi)徑計(jì)算133.3.6折流板的選擇133.4換熱器核算133.4.1傳熱能力的核算133.4.2壁溫核算143.4.3換熱器流體流動(dòng)阻力計(jì)算153.5 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算算結(jié)果匯總163.6 主要符號(hào)說(shuō)明17設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論18參考文獻(xiàn)19附錄20結(jié)束語(yǔ)23致謝24第一章 緒論1.1換熱器的技術(shù)概論

8、換熱器（英語(yǔ)翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設(shè)備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛，在化工廠中換熱器可用作加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型很多，性能各異，從早期發(fā)展起來(lái)的列管式換熱器到近年來(lái)不斷出現(xiàn)的新型、高效換熱設(shè)備，各具特點(diǎn)。進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋?，同時(shí)計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器的類型雖然很多，但計(jì)算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處僅是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，需根據(jù)各自的設(shè)備二點(diǎn)采用不同的計(jì)算方法而已。列

9、管式換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種換熱器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，制造容易，材料廣泛，處理能力可以很大，適用性強(qiáng)，尤其在高溫高壓下較其他型式換熱器更為適用。當(dāng)然，在傳熱效率、設(shè)備的緊湊性、單位面積的金屬消耗量等方面，還稍遜于各種板式換熱器，但仍不失為目前化工廠中主要的換熱設(shè)備。列管式換熱器的型式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來(lái)確定。因管束與殼體的溫度不同會(huì)引起熱膨脹程度的差異，若兩流體的溫度相差較大時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起管子彎曲或使管子從管板上拉脫，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同，列管式換熱器有以下幾種型式。（1）固定管板式換熱器 固定管板式換熱器如圖所示。它由

10、殼體、管板、管束、封頭、折流擋板、接管等部件組成。管子兩端與管板的連接方式可用焊接法或膨脹法固定，殼體則同管板焊接，從而管束、管板與殼體成為一個(gè)不可拆卸的整體。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，制造成本低；管內(nèi)不易積垢，即使產(chǎn)生了污垢也便于清洗。 缺點(diǎn)：殼程檢修和清洗困難。 主要適用于殼體和管束溫差小，管外物料比較清潔，不易結(jié)垢的場(chǎng)合。當(dāng)冷、熱流體間溫差超過(guò)50時(shí)，應(yīng)加補(bǔ)償圈以減少熱應(yīng)力。圖1-1固定管板式換熱器（2）浮頭式換熱器 浮頭式換熱器如圖所示。其兩端管板之一不與外殼連接，可以沿管長(zhǎng)方向浮動(dòng)，該端稱為浮頭。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時(shí)，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)

11、力。 優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可從殼體內(nèi)抽出，便于管內(nèi)和管間清洗和檢修。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮頭管間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。 適用于兩流體溫差較大的各種材料的換熱，應(yīng)用較為普遍。圖1-2浮頭式換熱器（3）u形管式換熱器 u形管式換熱器如圖所示。該換熱器的每根管子都彎成u形，管子的兩端固定在同一塊管板上。封頭內(nèi)用隔板分成兩室，管程至少為兩程。管子可自由伸縮，與殼體無(wú)關(guān)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、只有一塊管板，質(zhì)量輕，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。 缺點(diǎn)：但管內(nèi)清洗困難，制造困難，管板

12、利用率低，報(bào)廢率較高。 適用于高溫、高壓、管內(nèi)為清潔的流體的場(chǎng)合。圖1-3 u形管式換熱器（4）填料函式換熱器 填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖所示。該換熱器是管板只有一段與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。 缺點(diǎn)：填料函耐壓不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外漏。 對(duì)易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。圖1-4 填料式換熱器1.2換熱器設(shè)備的發(fā)展 20世紀(jì)80年代以來(lái)，換熱器技術(shù)飛速發(fā)展，帶來(lái)了能源利用率的提高。各種新型

13、、高效換熱器的相繼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例的加大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。因而節(jié)能設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)備受矚目。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器及空冷式換熱器及高溫、高壓換熱器帶來(lái)了日益廣闊的應(yīng)用前景。在地?zé)?、太?yáng)能、核能、余熱回收、風(fēng)能的利用上，各國(guó)政府、民間研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都加大了投入資金力度。 1物性模擬研究 換熱器傳熱與流體流動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，取決于物性模擬的準(zhǔn)確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點(diǎn)研究課題之一，特別是兩相流物性的模擬。兩相流的物性基礎(chǔ)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工況的模擬，這恰恰是與實(shí)際工況差別的體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室

14、模擬實(shí)際工況很復(fù)雜，準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)與實(shí)際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準(zhǔn)確，但油氣組分組成物的數(shù)據(jù)就與實(shí)際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復(fù)雜。為此，要求物性模擬在實(shí)驗(yàn)手段上更加先進(jìn)，測(cè)試的準(zhǔn)確率更高。從而使換熱器計(jì)算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表?yè)Q熱器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。 2分析設(shè)計(jì)的研究 分析設(shè)計(jì)是近代發(fā)展的一門新興學(xué)科，美國(guó)ansys軟件技術(shù)一直處于國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)，通過(guò)分析設(shè)計(jì)可以得到流體的流動(dòng)分布場(chǎng)，也可以將溫度場(chǎng)模擬出來(lái)，這無(wú)疑給流路分析法技術(shù)帶來(lái)發(fā)展，同時(shí)也給常規(guī)強(qiáng)隊(duì)計(jì)算帶來(lái)更準(zhǔn)確、更便捷的手段。在超常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無(wú)法得到的計(jì)算結(jié)

15、果能方便、快捷、準(zhǔn)確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來(lái)技術(shù)水平的飛躍。將會(huì)逐步取代強(qiáng)度試驗(yàn)，擺脫實(shí)驗(yàn)室繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度。 3大型化及能耗研究 換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過(guò)5m,傳熱面積將達(dá)到單位10000m2，緊湊型換熱器將越來(lái)越受歡迎。板殼式換熱器、折流桿換熱器、板翅式換熱器、板式空冷凝將得到發(fā)展，振動(dòng)損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠地?fù)Q熱器機(jī)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、重量輕發(fā)展。隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型、搞笑的空冷器所取代。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的50%以下。4強(qiáng)化技術(shù)研究 各種新型

16、、高效換熱器將逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場(chǎng)動(dòng)力效應(yīng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)、微生物傳熱技術(shù)、磁場(chǎng)動(dòng)力傳熱技術(shù)將會(huì)在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。同心管換熱器、高溫噴流式換熱器、印刷線路板換熱器、穿孔板換熱器、微尺度換熱器、微通道換熱器、流化床換熱器、新能源換熱器將在工業(yè)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。5新材料研究 材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價(jià)格的下降，鈦等稀有金屬使用量將擴(kuò)大，crmo剛才聊將實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱和后熱的方向發(fā)展。6控制結(jié)垢及腐蝕的研究 國(guó)內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是20世紀(jì)60年代70年代從國(guó)外照搬而來(lái)。四

17、十年來(lái)，污垢研究技術(shù)發(fā)展緩慢。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會(huì)受到國(guó)家的重視和投入。通過(guò)對(duì)污垢形成的機(jī)理、生長(zhǎng)速度、影響因素的研究，預(yù)測(cè)污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對(duì)傳熱效率的提高將帶來(lái)重大的突破。保證裝置低能耗、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，超聲防垢技術(shù)將得到大力發(fā)張。腐蝕技術(shù)的研究將會(huì)有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學(xué)防腐技術(shù)將成為主導(dǎo)。1.3 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳熱的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的3045.近年來(lái)隨著節(jié)

18、能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑?lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。管殼式換熱器按用途分為無(wú)相變傳熱的換熱器和有相變傳熱的冷凝器和重沸器。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，近年來(lái)加氫裝置的需求越來(lái)越多，如加氫裂化，煤加氫，汽油、柴油加氫和潤(rùn)滑油加氫裝置等建設(shè)量增加，所需的高溫、高壓換熱器數(shù)量隨之加大。螺紋鎖緊環(huán)換熱器，密封環(huán)換熱器、金屬墊圈使換熱器、密封蓋板式換熱器技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，不僅在承溫、承壓上滿足裝置運(yùn)行要求，而且在傳熱與動(dòng)力消耗上發(fā)展較快，同時(shí)也適用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然氣等場(chǎng)合，可滿足承壓高達(dá)35mpa，承溫達(dá)700的使用要求。在這些場(chǎng)合，換熱器戰(zhàn)友的投資占5

19、0以上。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著裝置大型化的的發(fā)展要求，大型換熱器的使用需求增加。經(jīng)過(guò)20年的努力，在傳熱技術(shù)上國(guó)內(nèi)已研制成功的雙殼程換熱器、大型板殼式換熱器，具有強(qiáng)化傳熱的高效換熱器，有效地解決了傳熱效率低的問(wèn)題；折流桿換熱器的應(yīng)用有效地克服了管束的振動(dòng)，延長(zhǎng)了管子的壽命，解決了震動(dòng)損壞，提高了工藝性能，降低了動(dòng)力消耗，且宜用于較臟的場(chǎng)合。板翅式換熱器的發(fā)展，使換熱器的效率提高到新的水平，結(jié)構(gòu)更緊湊。這種換熱器的采用，滿足了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中間冷卻和內(nèi)燃機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的需要。由于具有體積小、重量輕、效率高、可處理兩種以上介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，這種換熱器迅速在石油化工、乙烯裝置中得到推廣應(yīng)用

20、。在低溫場(chǎng)合采用板翅式換熱器可減小體積515倍，節(jié)約重量2030倍以上。隨著鋁及鋁合金釬焊技術(shù)的日趨發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)合及范圍將越來(lái)越廣泛。新型高效、緊湊式換熱器的另一個(gè)結(jié)構(gòu)形式板式換熱器及板殼式換熱器的應(yīng)用亦不斷得到拓展，由于城市集中供熱的需求，越來(lái)越多的板式換熱器得到使用，節(jié)省了占地面積，節(jié)約了金屬耗量。隨著城市集中供熱規(guī)模越來(lái)越大，面積小于1000m2、使用溫度小于200、壓力小于2.0mpa的板式換熱器已不能使用工的需要。國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)350m2板殼式換熱器，已在中國(guó)石油克拉瑪依分公司運(yùn)行；國(guó)產(chǎn)3000m2板殼式換熱器亦即將在中國(guó)石油烏魯木齊石化分公司40萬(wàn)噸年重整裝置中應(yīng)用，結(jié)束了我國(guó)大型板殼

21、式換熱器依賴進(jìn)口的局面，這一領(lǐng)域技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。螺旋板式換熱器目前在石油、化工、冶金、電力中的應(yīng)用較普遍，結(jié)構(gòu)上已開(kāi)發(fā)可拆和不可拆兩種。作為緊湊式換熱器品種之一，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：占地面積較小，安裝方便。隨著人民生活水平的提高，牛奶、果汁、明膠用量越來(lái)越大，大型多效板式蒸發(fā)器的開(kāi)發(fā)適應(yīng)了食品加工的發(fā)展。板式蒸發(fā)器國(guó)內(nèi)技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，板間大量蒸發(fā)降溫既要滿足殺菌作用，同時(shí)要達(dá)到濃縮和保證蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)。在化肥、天然氣液化、乙烯、煤氣化裝置中，螺旋繞管式換熱器開(kāi)發(fā)于70年代，應(yīng)用于制氧等低溫過(guò)程中。螺紋繞管式換熱器結(jié)構(gòu)是心筒與外筒之間的換熱器之列。相鄰兩層螺旋狀傳熱的螺旋方向相反，一般

22、非為單層和多層，可同時(shí)處理兩種以上介質(zhì)。 在氯堿行業(yè)及化工行業(yè)中強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的強(qiáng)腐蝕場(chǎng)合較多，為了有效解決強(qiáng)腐蝕的問(wèn)題，近年來(lái)研制成功的列管式石墨換熱器、板式石墨換熱器、玻璃鋼換熱器、氯塑料換熱器、陶瓷纖維復(fù)合換熱器等非金屬換熱器已在耐溫、耐壓上有所突破，在上述工業(yè)裝置中得到推廣使用?？商幚淼慕橘|(zhì)有鹽酸、硫酸、醋酸和磷酸等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，其傳熱面積最大可達(dá)1000m2，適用溫度可達(dá)800以內(nèi)，重量節(jié)約2倍，耐壓可達(dá)2.0mpa，占地面積節(jié)省。隨著全球水資源日益緊張，空冷式換熱器已在石油、化工、冶金、核能、電力、行業(yè)得到大量的應(yīng)用。空冷式換熱器利用空氣作為冷卻介質(zhì)，替代了循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)能效

23、果非常明顯。常用的空冷式換熱器有干式空冷器和濕式空冷器，90年代中期以后國(guó)內(nèi)蘭州石油機(jī)械研究所針對(duì)全球氣溫變暖，環(huán)境溫度增高，常規(guī)空氣冷卻能力下降的現(xiàn)實(shí)，根據(jù)涼水塔的原理，開(kāi)發(fā)了表面蒸發(fā)時(shí)空冷器用于煉油、化工、乙烯、天然氣、冶金裝置中，可是介質(zhì)溫度冷卻至高于環(huán)境濕球溫度5，既節(jié)省占地面積1/2，又節(jié)省操作費(fèi)用67，目前已在工業(yè)中大量推廣使用，一年內(nèi)收回全部投資。新世紀(jì)開(kāi)始后，代表國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平的板式空冷器研制成功，它結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、重量輕、換熱面積大、壓降低、投資低，將在工業(yè)裝置中起到巨大的作用。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進(jìn)換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝

24、置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。流程優(yōu)化軟件技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了換熱器應(yīng)用的增多。20世紀(jì)80年代常減壓裝置的換熱器用量在70臺(tái)左右，90年代換熱器用量達(dá)90100臺(tái)，90年代末至今已超過(guò)140臺(tái)。換熱器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效率提高。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1換熱器類型的選擇工業(yè)換熱器通常按以下諸方面來(lái)分類：結(jié)構(gòu)、傳熱過(guò)程、傳熱面的緊湊程度、所用材料、流動(dòng)形態(tài)、分程情況、流體的相態(tài)和傳熱機(jī)理等。按所有材料分類 一般可把換熱器分成金屬材料和非金屬材料兩類。非金屬的換熱器主要有陶瓷換熱器、塑料換熱器、石墨換熱器和玻璃換熱器等。 按傳熱面的特征分類 根據(jù)管殼式換熱器內(nèi)傳熱

25、管表面的形態(tài)，可以分為螺紋管換熱器、波紋管換熱器、異型管換熱器、表面多孔管換熱器、螺旋扁管換熱器、螺旋槽管換熱器、環(huán)槽管換熱器、縱槽管換熱器、翅管換熱器、螺旋繞管式換熱器、翅片管換熱器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒換熱器等。 按流體流動(dòng)形式分類 根據(jù)管殼式換熱器內(nèi)流體流動(dòng)形式可以分為單程與多程。單程即流體一次性流過(guò)換熱器的全稱，而多程則是流體經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上往返流經(jīng)換熱器全程。 按流體在換熱器內(nèi)流動(dòng)的基本方式可分為并流、逆流和錯(cuò)流三種形式。這三種流動(dòng)形式中，逆流相比其他流動(dòng)方式，在同等條件下?lián)Q熱器的壁畫的熱應(yīng)力最小，壁畫兩側(cè)流體的傳熱溫差最大，因而是優(yōu)先選用的流動(dòng)形式。 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 可分為固定管板

26、式、浮頭式、u形管式、填料函式、滑動(dòng)管板式、雙管板式、薄管板式等。 要使換熱器能在給定的實(shí)際條件下很好地運(yùn)行，必須在熟悉和掌握換熱器的結(jié)構(gòu)及其工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，并根據(jù)所給定的具體生產(chǎn)工藝條件對(duì)換熱器進(jìn)行合理的選型。在對(duì)換熱器進(jìn)行選型時(shí)，有諸多因素需要考慮，主要包括流體的性質(zhì)、壓力、溫度、壓降及其可調(diào)范圍；對(duì)清洗、維修的要求；材料價(jià)格及制造成本；動(dòng)力消耗費(fèi)；現(xiàn)場(chǎng)安裝和檢修的方便程度；使用壽命和可靠性等。選用標(biāo)準(zhǔn)可總結(jié)如下：所選換熱器必須滿足工藝過(guò)程要求。流體經(jīng)過(guò)換熱器換熱以后必須能夠以要求的參數(shù)進(jìn)入下個(gè)工藝過(guò)程。換熱器本身必須能夠在所要求的工程實(shí)際環(huán)境下正常工作。換熱器需要能夠抗工作環(huán)境和介質(zhì)的

27、腐蝕，并且具有合理的抗結(jié)垢性能。換熱器應(yīng)容易維護(hù)。這就要求換熱器容易清理，對(duì)于易腐蝕、強(qiáng)震動(dòng)等破壞的元件應(yīng)便于更換，換熱器應(yīng)滿足工程實(shí)際場(chǎng)地的要求。換熱器應(yīng)盡可能地經(jīng)濟(jì)。選用時(shí)應(yīng)綜合考慮換熱器的制造成本、安裝費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等，應(yīng)使換熱器盡可能地經(jīng)濟(jì)。選用換熱器時(shí)要根據(jù)場(chǎng)地的限制考慮換熱器的直徑、長(zhǎng)度、重量和換熱器結(jié)構(gòu)等。 本實(shí)驗(yàn)兩流體溫差較大和為了清洗殼程污垢，所以采用浮頭式列管換熱器。2.2流程的安排 流體通道的選擇可參考以下原則進(jìn)行： （1）不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子； （2）腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗； （3）高壓流體宜走管程

28、，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量； （4）飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程； （5）被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；（6）有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；本設(shè)計(jì)才用浮頭式換熱器，柴油加熱原油，所以，殼程里是原油，因?yàn)椴裼筒灰捉Y(jié)垢，所以選擇管子第三章 換熱器的工藝計(jì)算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)（1）原油：入口溫度70c；出口溫度110c；（2）采用柴油加熱，入口溫度170，出口溫度124c； （3）已知兩側(cè)污垢熱阻為0.0002c/w,管程與殼程兩側(cè)降壓小于或等于0.3at，熱阻損失5%。（4）相關(guān)物性數(shù)據(jù)：原油在90，1.2mpa下的

29、有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：物性密度i（kg/m3）定壓比熱容cpi kj/(kg)粘度i（pas）導(dǎo)熱系數(shù)i（wm-1-1）原油 8152.26.6510-3 0.128 柴油在147的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cpo kj/(kg)粘度o（pas）導(dǎo)熱系數(shù)o（wm-1-1）柴油718 2.460.6610-30.139（5）每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)。3.2 換熱器面積的估計(jì)3.2.1熱負(fù)荷 原油的處理量為： 按原油所需的熱量計(jì)算： （3-1） 3.2.2平均傳熱溫差 確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)并選擇列管換熱器的型式。 柴油的定性溫度為： 原油的定性溫度為： 由于

30、兩流體溫差較大，故選用浮頭式列管換熱器。 （3-2） 3.2.3平均傳熱溫差校正 計(jì)算逆流平均溫差 由r和p查圖得：溫差校正系數(shù)因0.8故可行 （3-3） 3.2.4傳熱面積 因k值與對(duì)流傳熱系數(shù)、污垢熱阻等因素有關(guān)。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)未確定時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)也無(wú)法計(jì)算，所以初選k=190，則估算面積為： （3-4） 由于兩流體溫差較大和為了清洗殼程污垢，采用浮頭式列管換熱器。 初選：公稱面積為， 管長(zhǎng)l=6m，管數(shù)n=188 ，管程數(shù)np=4，外殼直徑d=600mm，選擇管子尺寸,t=32mm。3.2.5柴油的用量 （3-5） 3.3換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算3.3.1管內(nèi)和管外流速計(jì)算

31、 管程 流通截面積： （3-6） 管內(nèi)柴油流速： （3-7） 雷諾數(shù)： (3-8) 殼程 流通截面積： (3-9) (3-10) 取，取折流擋板間距h=0.2m， 則： 殼內(nèi)原油流速： 當(dāng)量直徑： (3-11) 雷諾數(shù)： 3.3.2管長(zhǎng)管徑計(jì)算 因初選換熱器標(biāo)準(zhǔn)，l=6m，np=4，n=188，3.3.3傳熱管排列和分程的選擇 t=32mm， 3.3.4殼程數(shù)的確定 殼程數(shù)為13.3.5殼程內(nèi)徑計(jì)算 d=600mm3.3.6折流板的選擇 h=0.2m (3-12)3.4換熱器核算3.4.1傳熱能力的核算3.4.1.1 殼程傳熱膜系數(shù) （3-13） （3-14） 取則 3.4.1.2管程傳熱膜系

32、數(shù) re=15122 （3-15） 3.4.1.3污垢熱阻和管程熱阻 由基本參數(shù)可知3.4.1.4總傳熱系數(shù) （3-16） 3.4.2壁溫核算 計(jì)算所需傳熱面積a： 所選換熱器的實(shí)際傳熱面積為： （3-17） （3-18） 核算結(jié)果表明，換熱器的傳熱面積有12.8%的裕度，故可用。3.4.3換熱器流體流動(dòng)阻力計(jì)算3.4.3.1管程流體的阻力計(jì)算 （3-19） 當(dāng)re=15122時(shí)，查的摩擦系數(shù) （3-20） （3-21） 3.4.3.2殼程流體的阻力計(jì)算 (3-22) (3-23) 因re500，故 (3-24) 管子排列為正方形錯(cuò)列，取f=0.4。 擋板數(shù) 取污垢校正系數(shù)，則 3.5 換熱器

33、主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算算結(jié)果匯總 表3-1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算算結(jié)果匯總參數(shù)管 程殼 程流率/（kg/h）22611.1334090.91進(jìn)/出溫度/170/124110/70物性定性溫度/14790密度/（kg/m3）718815定壓比熱容/（kj/（kgk）1.462.2粘度/（pas）0.000660.00665熱導(dǎo)率/w/（mk）0.1390.128普朗特?cái)?shù)11.7114設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1管徑/mm252.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm3000管子排列正方形管數(shù)目/根188折流板數(shù)/個(gè)29傳熱面積/m278.5折流板間距/m0.2管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主

34、要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.6950.29表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w/（m2k）738380污垢阻力/（w/m2k）0.00020.0002阻力/mpa0.030.03熱流量/w傳熱溫差/51.26傳熱系數(shù)/w/（m2k）207裕度/%12.83.6 主要符號(hào)說(shuō)明表3-2 主要符號(hào)說(shuō)明表格cp 定壓比熱容， kj/(kg)d 管徑 md 換熱器殼程內(nèi)徑 mf 摩擦因數(shù)f 系數(shù) b 擋板間距， mk 總傳熱系數(shù)， w/(m2) 長(zhǎng)度， ml 長(zhǎng)度， mn 管數(shù)p 壓強(qiáng)， paq 熱流量， w/m2q 熱速率或熱負(fù)荷， wr 汽化熱或冷凝熱， kj/kgr 熱阻， m2/wa 傳熱面積， m2t

35、流體溫度， t 流體溫度， u 流速， m/s 對(duì)流傳熱系數(shù)， w/(m2) 導(dǎo)熱系數(shù)， w/(m2) 傳熱系數(shù) 黏度 pas 密度 kg/m3f 校正系數(shù)2 殼程e 當(dāng)量1 管程s 污垢t 傳熱m 平均設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論終于將油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)程程設(shè)計(jì)完成了，雖然過(guò)程中有很多的困難，但最終還是完成了老師布置的作業(yè)，還學(xué)習(xí)到了很多的知識(shí)內(nèi)容。既鞏固了自己對(duì)于有關(guān)換熱器知識(shí)的認(rèn)識(shí)，有學(xué)習(xí)到了未曾接觸過(guò)的新的東西，例如：換熱器尺寸的選擇等一些細(xì)節(jié)的知識(shí)。換熱器的類型雖然很多，但計(jì)算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理，不同之處僅是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，需根據(jù)各自的設(shè)備特點(diǎn)采用不同的計(jì)算方法而已。因列管式換

36、熱器的類型較多。所以做題時(shí)，選擇需要的換熱器類型。在設(shè)計(jì)師，哪種流體走管程，哪種流體走殼程，要進(jìn)行合理的安排。本設(shè)計(jì)因?yàn)椴裼褪且捉Y(jié)垢液體，又因流速，溫度等因素，所以柴油走管程，原油走殼程，換熱器選擇浮頭式換熱器。換熱管的選擇根據(jù)柴油的物性，本設(shè)計(jì)選用的換熱管。確定換熱器的傳熱面積，選擇適合的換熱器，確定換熱器的基本尺寸。根據(jù)換熱器的基本尺寸，計(jì)算出總傳熱系數(shù)，算出實(shí)際面積，核算面積裕度以及流體壓強(qiáng)降。換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)際上是一個(gè)反復(fù)試算的過(guò)程，目的是最終選定的換熱器及能滿足工藝傳熱要求，又能使操作時(shí)流體的壓強(qiáng)降在允許范圍之內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，一定需要對(duì)換熱器進(jìn)行很透徹的了解，設(shè)計(jì)時(shí)需要反復(fù)計(jì)算，

37、有時(shí)要多次試算，對(duì)各次計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)傳熱的要求、成本、設(shè)備尺寸和壓力降等因素進(jìn)行綜合分析，以便最后從中做出最優(yōu)設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)工藝流程圖時(shí)，要了解原油精餾過(guò)程，精餾出柴油，汽油等物質(zhì)，進(jìn)行細(xì)加工，然后與其他物質(zhì)進(jìn)行反映。裝配圖是要畫出浮頭式換熱器，排管方式，拉桿，法蘭等。 參考文獻(xiàn)1 董其伍等，換熱器，中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司組織編寫，化學(xué)工業(yè)出版社出版；2 編輯委員會(huì)，秦叔經(jīng)等，化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社；3 王衛(wèi)東，化工原理課程設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社；4 湯善甫、朱思明，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第二版，華東理工大學(xué)出版社；5 楊世銘、陶文銓，傳熱學(xué)第四版，高等教育出版社；6

38、陳敏恒等編化工原理下冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社出版；附錄表1 列管式換熱器中國(guó)常用的流速范圍流體的種類流速（m/s）管程殼程一般液體0.50.30.21.5易結(jié)垢液體10.5氣體530315表2 列管式換熱器中不通黏度液體的最大流速液體黏度/（mpas）15001500500500100100353511最大流速/(m/s)0.60.751.11.51.8.2.4 表3 換熱器規(guī)格明細(xì)表制表郭紫薇 內(nèi)表面積日期2011.12.22 換熱器規(guī)格明細(xì)表 外表面積設(shè)備換熱器 殼體中最小有效面積 每臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 殼側(cè) 管側(cè)流體流量進(jìn)口溫度出口溫度操作壓力密度 比熱容黏度程數(shù)壓力降污垢內(nèi)阻 原油 34090.91(kj/h) 70 124 11259.66mpa 815(kg/m3 ) 2.2(kj/(kg.)6.6510-3 （pas） 1 0.03at0.0002(c/w) 柴油 26511.13(kj/h) 170 110 11654mpa 718(kg/m3 ) 2.46(kj/(kg.) 0.6610-3（pas） 4 0.03at 0.0002(c/w)傳熱量：(kj/h)對(duì)數(shù)平均溫差：56.95 結(jié) 構(gòu)最大操作壓力：0.03mpa最高操作溫度：170設(shè)備類