[工学]换热器设计.doc

化工原理课程设计说明书 列管式换热器的选用和设计 班 级 -------------------- 姓 名 --------------------- 指导教师 ---------------------- 2011-6-20 目录 一．设计说明书内容 二．任务书 三．概述 四．换热器的设计论述 五．换热器设计过程的相关计算 六．工艺结构尺寸的初步确定 七．换热器的核算 八．机械设计 九．设计结果 十．参考文献 十一.感想 一．设计说明书内容 1.目录 2.设计题目及原始数据 3.简介换热器总体结构（换热器分类、主要结构、选择原则） 4.换热器设计过程的相关计算（传热面积、换热器型号的选择等） 5.主要设备设计计算及说明、主要零件强度的计算 6. 设计结果的核算 7.设计结果（主要设备尺寸、衡算结果） 8.参考文献 二．任务书 （一）．设计题目：煤油冷却器的设计(3组：21- ) （二）．设计任务及操作条件 7． 处理能力：18万吨/年煤油 8． 设备形式：列管式换热器 9． 操作条件 （1） 煤油：入口温度100℃，出口温度35℃ （2） 冷却介质：自来水，入口温度25℃，出口温度40℃ （3） 允许压强降：不大于100kPa （4） 煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.22kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃) （5） 每年按330天计，每天24小时连续运行 （三 ）. 选择适宜的列管式换热器并进行核算 3.1 传热计算 3.2 管、壳程流体阻力计算 3.3管板厚度计算 3.4 U形膨胀节计算（浮头式换热器除外） 3.5 管束振动 3.6 管壳式换热器零部件结构 （四）. 绘制换热器装配图（A2图纸） 三．概述 1.换热器简介 换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在一般化工厂的建设中，换热器约占总投资的11%。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20%。 今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性、不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。 在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。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。列管式换热器是间壁式换热器的主要类型。 2. 列管式换热器的结构 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓与壳体两端的法兰相连。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。与其它品种换热器比较,管壳式换热器的最大缺点是传热效率低例如,对于水一水换热,传统的管壳式换热器K值范围一般为1150～2230W/ ㎡?,而板式换热器K值为1500～4700W/ ㎡?,螺旋板式为2000～3000W/ ㎡?。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。 图2 带有温度补偿的固定管板式换热器 1—挡板；2—补偿圈；3—放气嘴 （2）.浮头式换热器（代号F） 浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷进行了改进，浮头式换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，易于清洗和检修，所以能适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。但其结构复杂、笨重、造价高限制了它的使用。 图3 .浮头式列管换热器 1—管程隔板；2—壳程隔板；3—浮头 （3）．填料函式换热器 　　填料函式换热器也只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨胀，结构比浮头式简单，造价较低。但填料函易泄露，故壳程压力不宜过高，也不宜用于易挥发、易燃、易爆、有毒的场合。 （4）． U型管式换