鐓ゆ补鍒楃？鎹㈢儹鍣

二、列管式换热器设计任务书

（一）、设计题目： 列管式换热器设计 （二）、设计任务及操作条件 1、设计任务

处理能力： 20万吨/年

设备型式： 列管式 2、操作条件

（1）煤 油：入口温度 140℃ 出口温度 40℃ （2）冷却介质：循环水 入口温度 20℃ 出口温度 40℃（3）允许压降：不大于0.1MPa （4）煤油定性温度下的物性数据

?c?825kg/m3?c?7.05?10?4Pa?scpc?2.22kJ/?kg?oC?

?c?0.14W/?m?oC?（5）每年按330天计算，每天24小时连续运行。 （三）、设计内容 1、概述

2、设计方案的选择 3、确定物理性质数据 4、设计计算 （1） 计算总传热系数 （2）

计算传热面积

5、主要设备工艺尺寸设计 （1）管径尺寸和管内流速的确定

（2）传热面积、管程数、管数和壳程数的确定 （3）接管尺寸的确定 6、设计结果汇总

2

7、工艺流程图及换热器工艺条件图 8、设计评述 （四）、图纸要求

A3图纸

三、概述 3.1换热器概述[1]

热器（英语翻译：heat exchanger），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。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、

3

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。 3.2.列管式换热器概述[1]

列管式换热器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。

在列管式换热器中，管束的表面积即为该换热器所具有的传热面积。当传热面积较大，管子数目较多时，为了提高管内流体的流速，增大管内一侧流体的传热膜系数，常将全部管子平均分成若干组，流体每次只流经一组管子，即采用多管程结构。其方法是在封头内装设隔板，在一端的封头内装设一块隔板，便成二管程；在进口端装两块挡板，另一端装一块隔板，便成四管程；如此，还可以设置其他多管程，但过多使流体阻力增大，隔板占有分布管面积，而使传热面积减小。

列管换热器（又名列管式冷凝器），按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程。 四、工艺设计及主要设备设计 4.1确定设计方案

4.1.1选择换热器的类型[4]

在本次设计任务中，两流体温度变化情况：热流体（煤油）进口温度140℃，

出口温度40℃；冷流体(循环水)进口温度20℃，出口温度40℃。该换热器用循环水冷却介质，受环境影响，进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，且管束与管壳之间的温差较大会产生不同热膨胀，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。

4.1.2流程安排

4

在固定管板式式换热器中，对于流体流径的选择一般可以考虑以下几点： (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。

(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于 清洗和检修。

(3) 压强高的流体宜走管内，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内，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(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，冷却水走壳程。但由于冷却水较易结垢，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贱，所以从总体考虑，应使自来水走管程，煤油走壳程。 4.2确定物理性质数据

定性温

度：可取流体进口温度的平均值。

140?40?90 220?40?30[3] 管程流体水的定性温度为 T?2壳程流体煤油的定性温度为 T?根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

煤油在90℃的有关物性数据如下：

密度ρo 物性 比热容Cpo (kJ/(kg·0C)) 2.22 粘度μo (Pa·s) 0.000705 导热系数λo (W/(m2·0C)) 0.14 （kg/m3） 煤油

水在30℃的有关物性数据如下：

825 5

物性 密度ρi 比热容Cpi (kJ/(kg·0C)) 4.174 粘度μi (Pa·s) 0.0008007 导热系数λi (W/(m2·0C)) 0.6176 （kg/m3） 水

995.7

4.3估算传热面积

4.3.1计算热负荷和冷却水流量 煤油流量

20?107Wh??7.01kg/s330?24?3600

7.01?2.22?Q?WhCph(T1-T2)??（140?40）?1556.2kW

3600冷却水流量

Wc?Q1556.2??18.6kg/s

Cpc(t2?t1)4.174?(40?20)

4.3.2计算两流体的平均传热温差

按单壳程多管程进行计算，对逆流传热温度差进行校正

根据《化工原理[1]（上）》 P213，公式（4-45）得逆流传热温差为

?t2??t1（140?40)?(40?20)?tm???49.7oC ?t2140?40lnln?t140?20T1-T2140?40??5 而 R?t2-t140?20 P?t2?t140?20??0.167

T1?t1140?20所以修正后的传热温度差为 ?tm???t??tm?0.883?49.7?43.9oC

4.3.3估算传热面积

由《常用化工单元设备设计》表1-6，查得水与煤油之间的传热系数在

6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kzw2.html