列管式煤油冷却器的设计.doc

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合肥工业大学
化工原理课程设计说明书
设计题目 列管式煤油冷却器的设计
学生姓名 谢继强
学生学号 预热器
螺旋管式
沉浸式
用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
喷淋式
只用于管内流体的冷却或冷凝
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列管式换热器（tubular exchanger）是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。

固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单，运用比较广泛。固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。
固定管板式换热器的特点是：（1）旁路渗流较小；（2）锻件使用较少，造价低；（3）无内；（4）传热面积比浮头式换热器大20%～30%。
固定管板式换热器的缺点是：（1）壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t≤50℃,当t≥50℃时必须在壳体上设置膨胀节；（2）易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（3）壳程无法机械清洗；（4）管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。
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完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求[4]：
（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。
（2）在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。根据需要可添置气液排放口，检查孔与敷设保温层。
（3）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一标准就尤为重要了。
设计的目的和意义
通过设计把在“过程设备”及其它相关课程(机械制图、金属材料、化工原理等)中所学的理论知识在具体工作中综合地加以应用，达到了理论知识和实践密切结合的目的。其次，在设计过程中，我们可以接受到必备的基本工程技能系统训练，能够熟练地应用计算图表、手册、规范和AutoCAD制图，能熟悉有关国家标准和部颁标准(如GB、HG等)等。

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本次设计主要是进行换热器的工艺计算，结构设计和强度校核，主要步骤有：（1）工艺计算；（2）估算传热面积；（3）工艺结构尺寸；（4）换热器热量核算；（5）结构设计；（6）确定筒体内径；（7）确定管箱结构；（8）确定管板结构；（9）选择鞍座结构；（10）强度校核；（11）给出制造安装的原则和要求。
第二章
设计任务和操作条件
：10万吨/年煤油
：列管式换热器
:
(1) 煤油：入口温度140℃，出口温度40℃
(2) 冷却介质：自来水，入口温度30℃，出口温度40℃
(3) 允许压强降：不大于100 kPa
4) 煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，×10-，/(kg.℃)，/(m.℃)
(5) 每年按330天计，每天24小时连续运行
确定设计方案
选择换热器的类型
两流体温的变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度为40℃，该换热器用循环冷却水冷却，初步确定选用固定管板式换热器。
流程安排
由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，并且粘度大的流体应走壳程，因为壳程内的流体在折流挡板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。选用Φ25mm×，管内流速取u=
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确