柴油预热原油的管壳式换热器结构设计

柴油预热原油的管壳式换热器结构设计柴油预热原油的管壳式换热器结构设计 1 1．设计任务书．设计任务书 1.11.1设计题目设计题目 用柴油预热原油的管壳式换热器 1.21.2设计任务设计任务 1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤； 2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算； 3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计； 4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图； 5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结， 设计说明书应当用简洁的文字和清 晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。 1.31.3操作条件操作条件 温 度 ℃ 物料 入口出口 质量流量 kg/h 比热密 度导热系数 kJ/kg.℃kg/m3W/m.℃ 粘度 Pa.s 柴油170T 2 350802.487150.1330.64×10-3 原油60105411042.208150.1283.0×10-3 2.概述 概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至 少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸 收热量 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行 业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同， 换热器的类型也多种多样， 不同类型 的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业 上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 3.3.设计条件及物性参数表设计条件及物性参数表 3.13.1操作条件操作条件 原油：入口温度60℃出口温度105℃质量流量：41104 kg/h 加热介质柴油：入口温度170℃ 出口温度 T2质量流量：(35080)kg/h 允许压降：不超过0.3×105Pa 3.23.2物性参数表物性参数表 温 度 ℃ 物料 入口出口 质量流量 kg/h 比热密 度导热系数 kJ/kg.℃kg/m3W/m.℃ 粘度 Pa.s 柴油170T 2 350802.487150.1330.64×10-3 原油60105411042.208150.1283.0×10-3 4.4.方案设计和拟订方案设计和拟订 根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器； 再依据冷热流体的性质， 判断其是否易结垢， 来选择管程走什么， 壳程走什么。 在这里， 柴油走管程，原油走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热 系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管流速，确定传热管数， 标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程 数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体径，选择折流板，确 定板间距， 折流板数等， 再设计壳程和管程的径。 分别对换热器的热量， 管程对流系数， 传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计 算，如果在设计围就能完成任务。 4.14.1列管式换热器种类选取列管式换热器种类选取 根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须 是洁净不易结垢的物料。U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。 管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价 高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是油， 易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。 4.24.2管程与壳程的选取管程与壳程的选取 根据以下原则： 1.不洁净和易结垢的流体宜走管，以便于清洗管子 2.腐蚀性的流体宜走管，以免壳体和管子同时受腐蚀，且管子也便于清洗和检修 3.压强高的流体宜走管，以免壳体受压 4.饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关 系不大 5.被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 6.需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管， 因管程流通面积常小于壳程， 且 可采用多管程以增大流速。 7.粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间 因流体在有折流挡板的壳程流动时， 由于流速和流向的不断改变， 在低Re(Re100) 下即可达到湍流，以提高对流传热系数，我们选择柴油走管程，原油走壳程。 4.34.3流体流速的选择流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速， 将加大对流传热系数， 减少污垢在管子表面上沉积的 可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是 流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能 定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的 数目减少， 对一定的传热面积， 不得不采用较长的管子或增加程数。 管子太长不易清洗， 且一般管长都有一定的标准； 单程变为多程使平均温度差下降。 这些也是选择流速时应 予考虑的问题。在本次设计中，根据表换热器常用流速的围，取管流速 4.44.4管子的规格和排列方法选择管子的规格和排列方法选择 选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速围。易结垢、 粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有 φ25×2.5mm及φ19×mm两种规格的管子。在这里，选择 φ25×2.5mm管子。管长的选 择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准 钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。此外，管长和壳径应相适应， 一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。在这次设计中，管长选择4m。 管子在管板上的排列方法有等边三角形、 正方形直列和正方形错列等， 等边三角形 排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流 传热系数较高； 相同的壳径可排列更多的管子。 正方形直列排列的优点是便于清洗列管 的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。 正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数 (较直列排列的)可以适当地提 高。 管子在管板上排列的间距 (指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法 不同而异。通常，胀管法取 t=(1.3～1.5)d，且相邻两管外壁间距不应小于 6mm，即 t≥(d+6)。焊接法取t=1.25d 4.54.5管程和管壳数的确定管程和管壳数的确定 当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时， 有时会使管流速较低， 因而对 流传热系数较小。为了提高管流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体阻力 加大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的 面积减少，设计时应考虑这些问题。列管式换热器的系列标准中管程数有 1、2、4和6 程等四种。采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。根据计算，管程为6程，壳 程为单程。 4.64.6折流挡板