年柴油原油換熱器設計處理量2.7×105 噸年柴油原油換熱器設計

1、油氣儲運專業(yè)課程設計吉林化工學院 油氣儲運專業(yè) 課 程 設 計題目 處理量2.7105噸/年柴油-原油換熱器設計 課程設計任務書1設計題目：處理量20萬噸/年柴油-原油換熱器設計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）相關物性數(shù)據(jù)：原油在90，1.2mpa下的有關物性數(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）導熱系數(shù)o（wm-1-1）柴油718 2.460.6610-30.139（5）每年按330天計，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)。3設計任務：（1）處理能力：2105t/a原油；（2）設備型式：自選（3）選擇適宜的換熱器并進行核算；（4）繪制帶控制點的工藝流程圖和設備結(jié)構圖，并編寫設計說明書。4設計要求：為使學生獨立完成課程設計，每個學生的原始數(shù)據(jù)均在處理量上不同，即學號在116號中，每上浮0.1105t/a為一個學號的處理量（例如1號換熱器處理量量為1.5105 t/a；2號換熱器處理量為1.6105

3、t/a等依此類推）；5參考書：（1）化工設計手冊上、下，上海醫(yī)藥設計院；（2）譚天恩.麥本熙，化工原理下冊，化學工業(yè)出版社出版；（3）匡國柱.史啟才，化工單元過程及設備課程設計；（4）化工設計全書編輯委員會，金國淼等編，吸收設備化學工業(yè)出版社；（5）陳敏恒等編化工原理下冊，化學工業(yè)出版社出版；（6）其它參考書。 油氣儲運系 2011年12月摘要 課程設計是學生理論聯(lián)系實際的一次很好的機會，本文是對熱變換器進行一次選型設計。 本設計內(nèi)容是處理量為27萬噸/年原油加熱器的設計，本設計采用浮頭式換熱器，采用柴油加熱原油。 本設計完成了換熱器的工藝計算，包括柴油和原油的基礎物性數(shù)據(jù)，換熱器面積估算，換

4、熱器工藝結(jié)構尺寸的計算，并分別進行核算，繪制了帶控制點的工藝流程圖，換熱器裝配圖。關鍵詞：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目錄課程設計任務書i摘要iiiabstractiv第一章 緒論11.1換熱器的技術概論11.2換熱器設備的發(fā)展31.3 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用4第二章 設計方案72.1換熱器類型的選擇72.2流程的安排8第三章 換熱器的工藝計算93.1 基礎物性數(shù)據(jù)93.2 換熱器面積的估計93.2.1

7、熱負荷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)構尺寸的計算113.3.1管內(nèi)和管外流速計算113.3.2管長管徑計算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換熱器流體流動阻力計算153.5 換熱器主要結(jié)構尺寸和計算算結(jié)果匯總163.6 主要符號說明17設計過程的評述和有關問題的討論18參考文獻19附錄20結(jié)束語23致謝24第一章 緒論1.1換熱器的技術概論

8、換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。 換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應用更為廣泛，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)展起來的列管式換熱器到近年來不斷出現(xiàn)的新型、高效換熱設備，各具特點。進行換熱器的設計，首先是根據(jù)工藝要求選擇適當?shù)念愋停瑫r計算完成給定生產(chǎn)任務所需的傳熱面積，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)構設計上，需根據(jù)各自的設備二點采用不同的計算方法而已。列

9、管式換熱器是目前化工生產(chǎn)中應用最廣泛的一種換熱器，它結(jié)構簡單，堅固，制造容易，材料廣泛，處理能力可以很大，適用性強，尤其在高溫高壓下較其他型式換熱器更為適用。當然，在傳熱效率、設備的緊湊性、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確定。因管束與殼體的溫度不同會引起熱膨脹程度的差異，若兩流體的溫度相差較大時，就可能由于熱應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不可拆卸的整體。 優(yōu)點：結(jié)構簡單、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：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)垢的場合。當冷、熱流體間溫差超過50時，應加補償圈以減少熱應力。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，可以沿管長方向浮動，該端稱為浮頭。當殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，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

11、力。 優(yōu)點：當換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應力；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：結(jié)構復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮頭管間若密封不嚴，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，與殼體無關。 優(yōu)點：結(jié)構簡單、只有一塊管板，質(zhì)量輕，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。 缺點：但管內(nèi)清洗困難，制造困難，管板

12、利用率低，報廢率較高。 適用于高溫、高壓、管內(nèi)為清潔的流體的場合。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，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。 優(yōu)點：結(jié)構較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進行清洗，維修方便。 缺點：填料函耐壓不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外漏。 對易燃、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換熱器設備的發(fā)展 20世紀80年代以來，換熱器技術飛速發(fā)展，帶來了能源利用率的提高。各種新型

13、、高效換熱器的相繼開發(fā)與應用帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益，市場經(jīng)濟的發(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。因而節(jié)能設備的研究與開發(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、高壓換熱器帶來了日益廣闊的應用前景。在地熱、太陽能、核能、余熱回收、風能的利用上，各國政府、民間研究機構和企業(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計算的準確性，取決于物性模擬的準確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點研究課題之一，特別是兩相流物性的模擬。兩相流的物性基礎來源于實驗室實際工況的模擬，這恰恰是與實際工況差別的體現(xiàn)。實驗室

14、模擬實際工況很復雜，準確性主要體現(xiàn)與實際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準確，但油氣組分組成物的數(shù)據(jù)就與實際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復雜。為此，要求物性模擬在實驗手段上更加先進，測試的準確率更高。從而使換熱器計算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表換熱器的經(jīng)濟技術水平。 2分析設計的研究 分析設計是近代發(fā)展的一門新興學科，美國ansys軟件技術一直處于國際領先技術，通過分析設計可以得到流體的流動分布場，也可以將溫度場模擬出來，這無疑給流路分析法技術帶來發(fā)展，同時也給常規(guī)強隊計算帶來更準確、更便捷的手段。在超常規(guī)強度計算中，可模擬出應力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計算結(jié)

15、果能方便、快捷、準確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術隨著計算機應用的發(fā)展，將帶來技術水平的飛躍。將會逐步取代強度試驗，擺脫實驗室繁重的勞動強度。 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5m,傳熱面積將達到單位10000m2，緊湊型換熱器將越來越受歡迎。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，振動損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠地換熱器機構將朝著結(jié)構簡單、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。保溫絕熱技術的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的50%以下。4強化技術研究 各種新型

16、、高效換熱器將逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場動力效應強化傳熱技術、添加物強化沸騰傳熱技術、通入惰性氣體強化傳熱技術、滴狀冷凝技術、微生物傳熱技術、磁場動力傳熱技術將會在新的世紀得到研究和發(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)領域及其他領域得到研究和應用。5新材料研究 材料將朝著強度高、制造工藝簡單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價格的下降，鈦等稀有金屬使用量將擴大，crmo剛才聊將實現(xiàn)不預熱和后熱的方向發(fā)展。6控制結(jié)垢及腐蝕的研究 國內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是20世紀60年代70年代從國外照搬而來。四

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

18、能技術的發(fā)展，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經(jīng)濟效益。管殼式換熱器按用途分為無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)境保護要求的提高，近年來加氫裝置的需求越來越多，如加氫裂化，煤加氫，汽油、柴油加氫和潤滑油加氫裝置等建設量增加，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發(fā)展越來越快，不僅在承溫、承壓上滿足裝置運行要求，而且在傳熱與動力消耗上發(fā)展較快，同時也適用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然氣等場合，可滿足承壓高達35mpa，承溫達700的使用要求。在這些場合，換熱器戰(zhàn)友的投資占5

19、0以上。進入20世紀90年代以來，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20年的努力，在傳熱技術上國內(nèi)已研制成功的雙殼程換熱器、大型板殼式換熱器，具有強化傳熱的高效換熱器，有效地解決了傳熱效率低的問題；折流桿換熱器的應用有效地克服了管束的振動，延長了管子的壽命，解決了震動損壞，提高了工藝性能，降低了動力消耗，且宜用于較臟的場合。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)構更緊湊。這種換熱器的采用，滿足了飛機發(fā)動機中間冷卻和內(nèi)燃機車發(fā)動機、汽車發(fā)動機冷卻的需要。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，這種換熱器迅速在石油化工、乙烯裝置中得到推廣應用

20、。在低溫場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的日趨發(fā)展，應用場合及范圍將越來越廣泛。新型高效、緊湊式換熱器的另一個結(jié)構形式板式換熱器及板殼式換熱器的應用亦不斷得到拓展，由于城市集中供熱的需求，越來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。國產(chǎn)第一臺350m2板殼式換熱器，已在中國石油克拉瑪依分公司運行；國產(chǎn)3000m2板殼式換熱器亦即將在中國石油烏魯木齊石化分公司40萬噸年重整裝置中應用，結(jié)束了我國大型板殼

21、式換熱器依賴進口的局面，這一領域技術已達到國際先進水平。螺旋板式換熱器目前在石油、化工、冶金、電力中的應用較普遍，結(jié)構上已開發(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、明膠用量越來越大，大型多效板式蒸發(fā)器的開發(fā)適應了食品加工的發(fā)展。板式蒸發(fā)器國內(nèi)技術已達到國際先進水平，板間大量蒸發(fā)降溫既要滿足殺菌作用，同時要達到濃縮和保證蛋白質(zhì)的營養(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發(fā)于70年代，應用于制氧等低溫過程中。螺紋繞管式換熱器結(jié)構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，可同時處理兩種以上介質(zhì)。 在氯堿行業(yè)及化工行業(yè)中強酸、強堿的強腐蝕場合較多，為了有效解決強腐蝕的問題，近年來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、醋酸和磷酸等強腐蝕介質(zhì)，其傳熱面積最大可達1000m2，適用溫度可達800以內(nèi)，重量節(jié)約2倍，耐壓可達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)得到大量的應用?？绽涫綋Q熱器利用空氣作為冷卻介質(zhì)，替代了循環(huán)水系統(tǒng)對環(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年代中期以后國內(nèi)蘭州石油機械研究所針對全球氣溫變暖，環(huán)境溫度增高，常規(guī)空氣冷卻能力下降的現(xiàn)實，根據(jù)涼水塔的原理，開發(fā)了表面蒸發(fā)時空冷器用于煉油、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。新世紀開始后，代表國際領先技術水平的板式空冷器研制成功，它結(jié)構緊湊、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。近年來國內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝

24、置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。流程優(yōu)化軟件技術的發(fā)展帶來了換熱器應用的增多。20世紀80年代常減壓裝置的換熱器用量在70臺左右，90年代換熱器用量達90100臺，90年代末至今已超過140臺。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 設計方案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分類：結(jié)構、傳熱過程、傳熱面的緊湊程度、所用材料、流動形態(tài)、分程情況、流體的相態(tài)和傳熱機理等。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。 按流體流動形式分類 根據(jù)管殼式換熱器內(nèi)流體流動形式可以分為單程與多程。單程即流體一次性流過換熱器的全稱，而多程則是流體經(jīng)過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)流動的基本方式可分為并流、逆流和錯流三種形式。這三種流動形式中，逆流相比其他流動方式，在同等條件下?lián)Q熱器的壁畫的熱應力最小，壁畫兩側(cè)流體的傳熱溫差最大，因而是優(yōu)先選用的流動形式。 按結(jié)構特點分類 可分為固定管板

26、式、浮頭式、u形管式、填料函式、滑動管板式、雙管板式、薄管板式等。 要使換熱器能在給定的實際條件下很好地運行，必須在熟悉和掌握換熱器的結(jié)構及其工作特點的基礎上，并根據(jù)所給定的具體生產(chǎn)工藝條件對換熱器進行合理的選型。在對換熱器進行選型時，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；對清洗、維修的要求；材料價格及制造成本；動力消耗費；現(xiàn)場安裝和檢修的方便程度；使用壽命和可靠性等。選用標準可總結(jié)如下：所選換熱器必須滿足工藝過程要求。流體經(jīng)過換熱器換熱以后必須能夠以要求的參數(shù)進入下個工藝過程。換熱器本身必須能夠在所要求的工程實際環(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。換熱器應容易維護。這就要求換熱器容易清理，對于易腐蝕、強震動等破壞的元件應便于更換，換熱器應滿足工程實際場地的要求。換熱器應盡可能地經(jīng)濟。選用時應綜合考慮換熱器的制造成本、安裝費用、維護費用等，應使換熱器盡可能地經(jīng)濟。選用換熱器時要根據(jù)場地的限制考慮換熱器的直徑、長度、重量和換熱器結(jié)構等。 本實驗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，增強冷卻效果；（6）有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；本設計才用浮頭式換熱器，柴油加熱原油，所以，殼程里是原油，因為柴油不易結(jié)垢，所以選擇管子第三章 換熱器的工藝計算3.1 基礎物性數(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）相關物性數(shù)據(jù)：原油在90，1.2mpa下的

29、有關物性數(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）導熱系數(shù)o（wm-1-1）柴油718 2.460.6610-30.139（5）每年按330天計，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)。3.2 換熱器面積的估計3.2.1熱負荷 原油的處理量為： 按原油所需的熱量計算： （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值與對流傳熱系數(shù)、污垢熱阻等因素有關。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)未確定時，對流傳熱系數(shù)也無法計算，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)構尺寸的計算3.3.1管內(nèi)和管外流速計算

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： 當量直徑： (3-11) 雷諾數(shù)： 3.3.2管長管徑計算 因初選換熱器標準，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 計算所需傳熱面積a： 所選換熱器的實際傳熱面積為： （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換熱器流體流動阻力計算3.4.3.1管程流體的阻力計算 （3-19） 當re=15122時，查的摩擦系數(shù) （3-20） （3-21） 3.4.3.2殼程流體的阻力計算 (3-22) (3-23) 因re500，故 (3-24) 管子排列為正方形錯列，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)構尺寸和計算算結(jié)果匯總 表3-1 換熱器主要結(jié)構尺寸和計算算結(jié)果匯總參數(shù)管 程殼 程流率/（kg/h）22611.1334090.91進/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熱導率/w/（mk）0.1390.128普朗特數(shù)11.7114設備結(jié)構參數(shù)形式浮頭式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1管徑/mm252.5管心距/mm32管長/mm3000管子排列正方形管數(shù)目/根188折流板數(shù)/個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 主要符號說明表3-2 主要符號說明表格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) 長度， ml 長度， mn 管數(shù)p 壓強， paq 熱流量， w/m2q 熱速率或熱負荷， 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 對流傳熱系數(shù)， w/(m2) 導熱系數(shù)， w/(m2) 傳熱系數(shù) 黏度 pas 密度 kg/m3f 校正系數(shù)2 殼程e 當量1 管程s 污垢t 傳熱m 平均設計過程的評述和有關問題的討論終于將油氣儲運專業(yè)程程設計完成了，雖然過程中有很多的困難，但最終還是完成了老師布置的作業(yè)，還學習到了很多的知識內(nèi)容。既鞏固了自己對于有關換熱器知識的認識，有學習到了未曾接觸過的新的東西，例如：換熱器尺寸的選擇等一些細節(jié)的知識。換熱器的類型雖然很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理，不同之處僅是在結(jié)構的設計上，需根據(jù)各自的設備特點采用不同的計算方法而已。因列管式換

36、熱器的類型較多。所以做題時，選擇需要的換熱器類型。在設計師，哪種流體走管程，哪種流體走殼程，要進行合理的安排。本設計因為柴油是易結(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，本設計選用的換熱管。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，計算出總傳熱系數(shù)，算出實際面積，核算面積裕度以及流體壓強降。換熱器的設計計算實際上是一個反復試算的過程，目的是最終選定的換熱器及能滿足工藝傳熱要求，又能使操作時流體的壓強降在允許范圍之內(nèi)。本實驗設計時，一定需要對換熱器進行很透徹的了解，設計時需要反復計算，

37、有時要多次試算，對各次計算結(jié)果進行比較，對傳熱的要求、成本、設備尺寸和壓力降等因素進行綜合分析，以便最后從中做出最優(yōu)設計。本實驗在設計工藝流程圖時，要了解原油精餾過程，精餾出柴油，汽油等物質(zhì)，進行細加工，然后與其他物質(zhì)進行反映。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1 董其伍等，換熱器，中國石化集團上海工程有限公司組織編寫，化學工業(yè)出版社出版；2 編輯委員會，秦叔經(jīng)等，化工設備設計全書換熱器，化學工業(yè)出版社；3 王衛(wèi)東，化工原理課程設計 化學工業(yè)出版社；4 湯善甫、朱思明，化工設備機械基礎第二版，華東理工大學出版社；5 楊世銘、陶文銓，傳熱學第四版，高等教育出版社；6

38、陳敏恒等編化工原理下冊，化學工業(yè)出版社出版；附錄表1 列管式換熱器中國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)格明細表制表郭紫薇 內(nèi)表面積日期2011.12.22 換熱器規(guī)格明細表 外表面積設備換熱器 殼體中最小有效面積 每臺設備的數(shù)據(jù) 項目 殼側(cè) 管側(cè)流體流量進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)對數(shù)平均溫差：56.95 結(jié) 構最大操作壓力：0.03mpa最高操作溫度：170設備類