原油預(yù)熱器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、.化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目:原油預(yù)熱器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 所在班級(jí)： 學(xué) 號(hào)：002 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012.12.313013.01.11指導(dǎo)教師： 審閱時(shí)間： 設(shè)計(jì)成績(jī)：設(shè)計(jì)任務(wù)書1.設(shè)計(jì)名稱：原油預(yù)熱器設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)條件：煉油廠用柴油將原油預(yù)熱，設(shè)計(jì)、操作條件如下表所示（1）. 處理原油量：50400kg/h（2）. 加熱介質(zhì)：進(jìn)口溫度175，出口溫度40,質(zhì)量流量40300 kg/h（3）. 原油：進(jìn)口溫度25（4）. 允許壓強(qiáng)降不大于0.3106pa （5）. 兩側(cè)的污垢熱阻均可取1.7210-4m2.k/w（6）. 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行3.設(shè)計(jì)任務(wù)（1）.選擇適宜的列

2、管換熱器并進(jìn)行核算。（2）.畫出工藝設(shè)備圖及列管布置圖。（3）.畫出帶控制點(diǎn)的換熱裝置工藝流程圖4.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)物料 比 熱 kj/kg. 密 度 kg/m3 導(dǎo)熱系數(shù) w/m. 粘度 pa.s 柴油 2.487150.1330.6410-3原油 2.208150.1283.010-3目錄一 概述5二 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5三 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介6（一） 換熱器簡(jiǎn)介81、換熱器概述82、換熱器的分類9（二） 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)131、管程結(jié)構(gòu)132、殼程結(jié)構(gòu) 殼體14（三）各參數(shù)的確定17（四）材料選用20四 工藝流程草圖及說(shuō)明21五 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)21（一）換熱器選型21（二）物性數(shù)據(jù)確定22（三）流程及

3、流速的初步確定22（四）總傳熱系數(shù)計(jì)算23（五）傳熱面積的估算23（六）工藝結(jié)構(gòu)尺寸231.管徑和管內(nèi)流速的最終確定232管程數(shù)和傳熱管數(shù)243 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)244傳熱管排列和分程方法255 .殼體內(nèi)徑256 .折流板數(shù)計(jì)算267 .接管268.其他附件27(七)換熱器核算271.熱量核算272. 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力計(jì)算29（八）壁溫核算31（九） 殼體壁厚32（十）水壓校核32（十一）年產(chǎn)量計(jì)算33六 輔助設(shè)備的計(jì)算和選型33（一） 離心泵選型331.管程輸送離心泵選型332.殼程輸送離心泵選型34七 設(shè)計(jì)一覽表34(一)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果34八 設(shè)計(jì)評(píng)述35九 附

4、圖37十 附錄37十一 參考資料40十二 主要符號(hào)說(shuō)明41(一)英文字母41（二）希臘字母42（三）下標(biāo)43一 概述列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程列管式換熱器。浮頭式換熱器：換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換

5、熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。二 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1）jb1145-73列管式固定管板熱交換器（2）jb1146-73立式熱虹吸式重沸器（3）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).gb151-89鋼制管殼式換熱器.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989（4）鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定（5）jbt4715-1992固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)（6）h

6、gt20701.8-2000容器、換熱器專業(yè)設(shè)備簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)規(guī)定（7）hg20519-92全套化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定（8）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) jb4732-95 鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（9）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) jb4710-92 鋼制塔式容器（10）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) gb16749-1997 壓力容器波形膨脹節(jié)三 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1、設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實(shí)際性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性的初次嘗試。通過(guò)化工原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指

7、定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。2、該設(shè)備的作用及在生產(chǎn)中的應(yīng)用換熱器是實(shí)現(xiàn)傳熱過(guò)程的基本設(shè)備。而此設(shè)備是比較典型的傳熱設(shè)備，它在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。例如：在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、蒸餾操作中蒸餾釜和冷凝器、化工廠蒸發(fā)設(shè)備的加熱室等。3、工藝流程示意圖4、說(shuō)明運(yùn)用該設(shè)備的理由這種換熱器的特點(diǎn)是殼體和管板直接焊接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。在同樣的殼體直徑內(nèi)，排管較多。管式換熱器具有易于制造、成本較低、處理能力達(dá)、換熱表面清洗比較方便、可供

8、選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強(qiáng)、可用于調(diào)溫調(diào)壓場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)固定管板式的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。u形管式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場(chǎng)合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。浮頭式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，便于清洗和檢修，完全消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。我們?cè)O(shè)計(jì)的換熱器的流體是油，易結(jié)垢，再根據(jù)可以完全消除熱應(yīng)力原則我們選用浮頭式列管換熱器。5、設(shè)計(jì)方案的確定對(duì)于列管式換熱器，首先根據(jù)換熱流體的腐蝕性或其它特性選項(xiàng)定其結(jié)構(gòu)材料，然后再根據(jù)所選項(xiàng)材料的加工性能，流體的壓強(qiáng)和溫度、換熱的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、安裝檢修和維護(hù)

9、清洗的要求以及經(jīng)濟(jì)合理性等因素來(lái)選項(xiàng)定其型式。設(shè)計(jì)所選用的列管換熱器的類型為浮頭式。列管換熱器是較典型的換熱設(shè)備，在工業(yè)中應(yīng)用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強(qiáng)、可用于調(diào)溫調(diào)壓場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)，故在大型換熱器中占優(yōu)勢(shì)。（一） 換熱器簡(jiǎn)介1、換熱器概述 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加

10、換熱，但它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。2、換熱器的分類 換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于耗能用量大的領(lǐng)域。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來(lái)越多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下： （1）、換熱器按傳熱原理可分為：間壁式換熱器 蓄熱式換熱器流體連

11、接間接式換熱器 混合式換熱器 （2）、換熱器按用途分為： 冷卻器加熱器 預(yù)熱器過(guò)熱器 蒸發(fā)器下面我們主要介紹列管式換熱器： 列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。列管式換熱器，按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式換熱器三種，按形式分為固定管

12、板式、浮頭式、u型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1500m2，可根據(jù)用戶需要定制。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。 列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種：浮頭式換熱器、固定式換熱器、u形管換熱器、填料函式換熱器等。浮頭式換熱器浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。 圖1 浮頭式換熱器浮頭換熱器的特點(diǎn)：浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體

13、與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)能看出來(lái)。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。固定管板式換熱器圖2 固定管板式換熱器固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不

14、宜采用。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。固定管板式換熱器的特點(diǎn) 旁路滲流較??； 造價(jià)低； 無(wú)內(nèi)漏； 固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無(wú)法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合。（3）u型管式換熱器圖3 u型管換熱器這類換熱器只有一個(gè)管板，

15、管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。（4）填料函式換熱器： 圖4 填料函式換熱器 這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。（二） 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)1、管程結(jié)構(gòu)換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過(guò)多。按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長(zhǎng)

16、度。實(shí)際所取管長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長(zhǎng)度合理截用。我國(guó)生產(chǎn)的鋼管長(zhǎng)度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長(zhǎng)有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時(shí)，管子的長(zhǎng)度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長(zhǎng)與管徑之比，即l/d約為46。管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)。封頭和管箱封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑的殼體。管箱 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭

17、與管板連接。檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換。2、殼程結(jié)構(gòu) 殼體換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走短路，可以適當(dāng)增減一些管子。另外，初步設(shè)計(jì)中也可用下式計(jì)算殼體的內(nèi)徑，即: 式中d殼體內(nèi)徑，m； t管中心距，m； nc橫過(guò)管束中心線的管數(shù)； b管束

18、中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b=(11.5)do。nc值可由下面的公式計(jì)算。管子按正三角形排列時(shí): 管子按正方形排列時(shí): 式中n為換熱器的總管數(shù)。折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040，一般取2025，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑d的(0.21)倍。板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過(guò)大，

19、流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。對(duì)圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響。弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生死區(qū)，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 擋板的間距對(duì)殼體的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過(guò)管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。圖4 裝有圓形折流擋板的列管換熱器緩沖板緩沖擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的

20、沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。其它主要附件 導(dǎo)流筒 殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，為了提 高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 接管尺寸 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算，即: 式中vs-流體的體積流量，m3/s； u -接管中流體的流速，m/s。流速u的經(jīng)驗(yàn)值為:對(duì)液體：u=1.52 m/s；對(duì)蒸汽：u=2050 m/s；對(duì)氣體：u=(1520)p/；式中p為壓強(qiáng)，單位為atm ；為氣體密度，單位為kg/m3。（三）各參數(shù)的確定1、

21、根據(jù)以下原則：(1)不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。(2)腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。(3)壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。(4)飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。(5)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。(6)需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。(7)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低re(re100)下即可達(dá)到湍流，以提高

22、對(duì)流傳熱系數(shù)。我們選擇柴油走管程，原油走殼程。 2、 流體流速的選擇：增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多。所以適宜的流速要通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外，在選擇流速時(shí)，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求。對(duì)于油類流體，由附錄表1查得其管內(nèi)流速一般在0.5m/s-1.8m/s之間（低黏度一般比高黏度的流速大些），殼程流速0.3m/s-1.0m/s之間。3、 管子的規(guī)格和排列方法：選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過(guò)前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大

23、的液體宜采用較大的管徑。目前我國(guó)的系列標(biāo)準(zhǔn)中最常采用的管徑為252.5mm及192mm兩種規(guī)格。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。按選定的管徑和流速可以確定管數(shù)，再根據(jù)所需傳熱面積就可以求得管長(zhǎng)。但管長(zhǎng)l和殼徑d應(yīng)相適應(yīng)，一般取l/d為46。此外還要根據(jù)出廠管長(zhǎng)合理截取，我國(guó)一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫鋼管長(zhǎng)度為6m或9m,則合理的換熱器管長(zhǎng)應(yīng)為1.5、2、3、4.5、6或9m。管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列等，等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)是排列緊湊，在一定殼徑內(nèi)可排列較多的管子且傳熱效果好，但是管外清洗較困難。正方形排列的優(yōu)點(diǎn)是管外清洗方便，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的情況，但

24、其傳熱效果較正三角排列時(shí)為低。正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間1。管子在管板上排列的間距主要與傳熱管和管板的連接方式有關(guān)。通常，脹管法取t=(1.31.5)d0，對(duì)于直徑較小傳熱管，相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm14、管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列等，等邊三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有:管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。正方形錯(cuò)列排列則介于上述兩者之間，即對(duì)流傳熱系數(shù)(較直列排列的)可以適當(dāng)?shù)靥岣摺?/p>

25、在這里選擇正方形錯(cuò)列排列。 5、管子在管板上排列的間距(指相鄰兩根管子的中心距)，隨管子與管板的連接方法不同而異。通常，脹管法取t=(1.31.5)d，且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm，即t(d+6)。焊接法取t=1.25d。6、 管程和殼程數(shù)的確定 當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí)，有時(shí)會(huì)使管內(nèi)流速較低，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問(wèn)題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4、6、8、10、12程等。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使

26、每程的管子數(shù)大致相等。殼程數(shù)一般為1、2、3程。 7、 折流擋板：安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度，使湍動(dòng)程度加劇，以提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040，一般取2025，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離(板間距)b為外殼內(nèi)徑d的(0.21)倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的b值為:固定管板式的有150、300和600mm三種，板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程

27、和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。（四）材料選用列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價(jià)格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。原油和柴油在常溫常壓和操作條件下腐蝕性均很小，因此此次選用的材料為碳鋼就可滿足工藝要求。四 工藝流程草圖及說(shuō)明由于原油的容易結(jié)垢，且為了減少熱損失和充分利用柴油的熱量，以及清洗方便，流程采用柴油走管程，原油走殼程。原油由換熱器的

28、底部入口進(jìn)入換熱器，流過(guò)換熱器得到加熱后由換熱器頂部的出口流出，流出的熱原油直接進(jìn)入下一道工序了。柴油是加熱物質(zhì)，從換熱器的另外一端底部的加熱物質(zhì)入口進(jìn)入，與原油成對(duì)流形式，加熱完原油后由換熱器頂部的出口流出，然后循環(huán)利用。五 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)（一）換熱器選型 且或 兩流體溫度變化情況：熱流體（柴油）進(jìn)口溫度175，出口溫度40；冷流體（原油）進(jìn)口溫度25，出口溫度146.8。該換熱器用柴油預(yù)熱原油，原油容易結(jié)垢，且換熱器的管壁溫度和殼體壁溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。（二）物性數(shù)據(jù)確定根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。柴油和原油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：表一

29、柴油和原油的物性數(shù)據(jù)項(xiàng)目柴油原油密度/黏度/0.6410-33.010-3導(dǎo)熱系數(shù)0.1330.128定壓比熱容2.482.20（三）流程及流速的初步確定為減少熱損失和充分利用柴油的熱量，同時(shí)考慮到原油的粘度大，循環(huán)過(guò)程中易于結(jié)垢，為清洗方便，流程采用柴油走管程，原油走殼程。選用252.5mm的無(wú)縫碳鋼管，根據(jù)附錄表1（換熱器常用流速范圍）管內(nèi)流速初步取u1=1.0m/s。（四）總傳熱系數(shù)計(jì)算1.熱流量 或2.平均傳熱溫差（五）傳熱面積的估算根據(jù)柴油和原油的性質(zhì)，假設(shè)總傳熱系數(shù)，則取15%的面積裕度，所以估算的傳熱面積為（六）工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速的最終確定由于兩流體間的溫差比較大，同

30、時(shí)為了便于清潔殼程污垢，以采用浮頭式列管換熱器為宜。柴油溫度高，走管程可以減少熱損失，且原油的黏度較大，當(dāng)裝有折流板時(shí)，走殼程可以在較低的re下即能達(dá)到湍流，有利于提高殼程一側(cè)的給熱系數(shù)。傳熱管選用252.5無(wú)縫鋼管，柴油的黏度小于，為低黏度油，管內(nèi)的流速范圍為0.81.8，最終取管內(nèi)流速u1=1.0m/s。2管程數(shù)和傳熱管數(shù)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為顯然，傳熱管長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)，則該換熱器管程程數(shù)為 傳熱管總根數(shù)3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程,26管程結(jié)構(gòu),溫差校正系數(shù)按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) 圖1查得溫度校正系數(shù)，所以不能用單殼

31、程。在坐標(biāo)紙上作-t和-t線，然后從冷流體出口溫度t2開(kāi)始作水平線與-t相交，在交點(diǎn)處向下作垂直線與-t相交，重復(fù)以上步驟，直到垂線與-t交點(diǎn)的溫度低于冷流體的進(jìn)口溫度，最后得到的水平線數(shù)就是所需的殼程數(shù)。經(jīng)畫圖得到六條水平線。所以最終選用六殼程的換熱器。按六殼程，12管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查附錄圖對(duì)數(shù)平均溫差校正系數(shù)，可得 ，符合的要求。所以平均傳熱溫差為4傳熱管排列和分程方法采用正方形錯(cuò)列排列，取管心距 ，則隔板中心到離其最近一排管中心距離按計(jì)算得各程相鄰管的管心距由表3可查得為44mm5 .殼體內(nèi)徑采用多管程，管尺寸為252.5結(jié)構(gòu),殼體內(nèi)徑可按如下表二取值表二 浮頭式換熱器主要參數(shù)項(xiàng)

32、目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑d(dn/mm)管數(shù)n/根中心排管數(shù)/根管程流通面積si殼程8003163=948140.0165m26管尺寸(mm)管長(zhǎng)l/m管排列方式管心距/mm252.56正方形轉(zhuǎn)45度t=32mm則殼體內(nèi)徑為d=800mm=14過(guò)小，故橫過(guò)管束中心線的管數(shù)按下式計(jì)算6 .折流板數(shù)計(jì)算采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為取折流板間距 ，則可取b為200折流板數(shù)折流板圓缺面水平裝配。7 .接管管程流體進(jìn)口接管：取接管內(nèi)循環(huán)流速，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150mm。殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)流速為，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm。8.其他附件拉桿

33、數(shù)量與直徑按表4和表5選取,本換熱器傳熱管外徑為25mm，其拉桿直徑為16mm，共有8根拉桿。具體見(jiàn)附錄表2。(七)換熱器核算1.熱量核算(1)管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)所以(2)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式當(dāng)量直徑，由正方形排列得殼程流通截面積可以按 計(jì)算得殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)粘度校正(3) 傳熱系數(shù)k管內(nèi)外側(cè)的污垢熱阻可以取管壁的熱阻可以按計(jì)算得到，可以通過(guò)表5查得50= (4)傳熱面積a該傳熱器的實(shí)際傳熱面積ap，該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度夠大，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)2. 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力計(jì)算（1） 管程流動(dòng)阻

34、力計(jì)算， ， ，則傳熱管相對(duì)粗糙度為，由圖1摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相關(guān)粗糙度的關(guān)系查得，流速, ，對(duì)于的管子，ft=1.4所以（2）殼程流體阻力計(jì)算 流體流經(jīng)管束的阻力摩擦系數(shù) ， 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 ， 總阻力 殼程流動(dòng)阻力適合。（八）壁溫核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小。由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮。因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是按式 計(jì)算式中，原油的平均溫度tm和柴油的平均溫度tm分別按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，公式3-44、3-45計(jì)

35、算傳熱管平均壁溫殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即t=72.8 ,殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為該溫差不大，故不需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。（九） 殼體壁厚查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ),采用16mnr鋼板，其中鋼密度7850kgm3，取po1.5mpa， di800mm，對(duì)殼體與管板采用雙面焊，100%無(wú)損探傷，焊接接頭系數(shù)。查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得： 查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ),得鋼板厚度負(fù)偏差，取c10.2mm， 按20年考慮，假設(shè)腐蝕速度大于0.05mm/a,c22mm。 我們?cè)谠O(shè)計(jì)中選擇壁厚為10mm。（十）水壓校核查得16mnr 的屈服極限，,取2mpa 因?yàn)?12mpa15300.21.50.5315表2 液體在列管換熱器中流速（在鋼管中）液體粘度最大流速 m/s150010005005001001005335110.60.751.11.51.82.4表3 換熱器常用流速范圍表4 常用管心距管外徑/mm管心距/mm各程相鄰管的管心/