油水换热器程设计

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1、煤油一水换热器的设计任务书1.1设计任务与条件针对某厂家要求设计一台换热器，具体要求：把流量为10t/h的煤油，130度冷却到50度。 煤油工作压力为0.1Mpa ；冷却水进出口温度分别为25度和55度，冷却水工作压力为0.3Mpa。 换热器允许压降为0.1Mpa。1.2设计计算1.2.1确定设计方案(1)选择热交换器的类型两流体的变化情况：热流体进口温度130。C，出口温度50。C冷流体进口温度25。C,出口温度55。C。该交换器为煤油一水换热器，估计热交换器的管壁温度和壳体温度之差不是较大，因此 初步确定选用带有“膨胀节”的固定管板式热交换器。(2)流程的选择由于煤油粘度大并且泄露后危险性

2、大，再者水的体积小，所以煤油走壳程，水走管程。1.2.2确定物性数据定性温度：对于水和煤油等低粘度流体，其定性温度可取流体的进出口温度平均值。管程冷却水的定性温度为t = 25 : 55 = 40C22查的 水 在 40。 的有 关 物 性 参 数为 ：p= 992.2 kg / m3;X =0.635W /(m - K);日=0.0006533 Pa - s;Pr2 = 4.31; C = 4174 J /(kg - K)2P 2130 + 50壳程煤油的定性温度为t =90C12查的煤油在90C的有关物性参数为：p = 774 kg / m 3; X = 0.1099 W /(m - K)

3、; RP = 12.82; C = 23301.2.3估算传热面积(1)热流量中=q c(t - t )m 1 p 111J /(kg - K)x 2330x (1300.0006045-50)517.8Kw(2)平均传热温差先按纯逆流计算，由公式得9-9In广2(130 50) (55；130 50ln 55 - 55-25)45.512N =-v-s 兀 7 d 2u4 i i按单管程计算所需传热管长度为(1) 初算传热面积由于水一水换热，由表2-2，初选传热系数为K = 450W /(m2 - K)，则估算的传热面积为517.8 x103A = 25.281m 2估 K At450 x

4、45.5121.2.4工艺结构尺寸（1）管径和管内流速 选用419x 2mm的碳钢传热管，由表2-1，取管内流速%=1m / s。(2) 管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数4.167 x10-3 x 43.14 x 0.0152 x1 =方9 取 24 根25.28t -1 130 - 50/R = t = 55 - 25 = 2 722得温差修正系数为W =0.85 (大于0.8)，则平均传热温差为=17.656m3.14 x 0.019 x 24按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据换热管规格标准，选取换热管长i为，一一，:一v L 17.656 仁9m，则该热

5、交换器的管程数为N =-= R 2p l 9则传热管总根数n=24x 2=48根(3) 平均传热温差和壳程数t t55 - 25P = -r2 = 0.286t -1130 - 2512按单壳程双管程结构，查图2-6,At = 0.85 x 45.512C = 38.68 C(4) 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。由表 2-3，管间距 P = 25mm，Z = 19mmt(2) 壳体直径取管板利用率为门=0.75，由式(2-10)，壳体内径为D = 1.05 = 1.05 x 25j4%75 = 210mm由表2-4圆整到标准可却D=400m

6、m。(6)折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25X400=100mm。取折流板间距B=0.3D=0.3X400=120mm，根据标准可取200mm。折流板数目 N = 1 = 9 1 = 44折流板数目b b 200（7）接管管程流体进出口接管：取接管内流体的流速为=1mjs，则接管内径为D4 x 4启7、10 -3 =0.0728 1 x 3.14圆整后可取管内径十10蛔 壳程流体进出口接管：取接管内流体的流速为 =1 mi s， 则接管内径为D24 x 103.6 x 3.14 x 774 x 12=0.0676 m圆整后可取管内径为D

7、 =100mm 21.2.5热交换器校核（1）传热面积校核管程对流传热系数流通截面积 A = 0.785 x 0.0152 x 24 = 0.00424m2q流体流速u = 了 =i4.167 x10-30.00424=0.983m / sRe =M = 992.2 x .983 x .015 = 22393i R0.0006533力流动属于湍流，由公式七二0.023 - Re0.8 Prn计算管程对流传热系数ih = 0.023 Re0.8Prn = 0.023x0635x223930.8 x4.310.4 = 5275.832w/(m2i d0.015i壳程对流传热系数管子按正三角形排列，

8、传热当量直径为乎 ido壳程流通截面积r d)A = BD 1 节I t )x 0.025 2 x 0.019 2) 4= 0.017 m3.14 x 0.0190.019=0.2 x 0.4(1 ) = 0.0192 m 20.025流体流速q=% = 0.187m / sA3.6 x 774 x 0.0192o19ReoM = 774 x 0.187x 0.019 = 4549.25日0.0006045可用ho=0.36 4 R55 Phde0.14计算壳程对流传热系数，其中经过计算粘度校正0.14=1.050.14h = 0.36 品 Re0.55 Pr 13 e 0.1099,=0.3

9、6 x x 4549.250.55 x 12.82。x 1.05 = 1072.85w / (m2 k)0.017污垢热阻和管壁导热。由设计指导书表2-6，可取管内侧和管外侧的热阻分别为0.00009 k）/W和0.00035 m2 k）/ W。换热器管壁厚0.002m。碳钢在该条件下热导率为50 W /（m2 - K）。总传热系数经过以上计算，指导书公式2-15，可得总传热系数0.019 0.0027 x 0.019+ 0.00009 x+ 0.00035 +5275.832 x 0.0150.01550 x 0.017=594.9W /(m 2 - K)0.01911072.85传热面积校

10、核心 517800由指导书2-5计算所得热交换器需要的传热面积A=和由=22.5热交换器实际传热面积A = m dl = 48 x 3.14 x 0.019 x 9 = 25.77面积裕度 =兰77 = 1.145 ，大小合适，该热交换器能满足换热要求。A 22.5（2）压降校核管程阻力每程直管中因摩擦阻力引起的压力损失人=0.3164Re -14 = 0.3164 x 22393-14 = 0.02586W / (m K);询 x 丝=0.02586 x x 992.2 x 0832 = 7439.37Pa1 d 20.015每程回弯中因摩擦阻力引起的压力损失叫=3(号)=3 x 些2 爵8

11、32 =1438.13儿管程总压力F = 1.5, N = 1, N = 2询=(Ap1 +Ap)FN N = (7439.37 +1438.13)x 1.5x 2x1 = 26632.49Pa壳程阻力壳程阻力由指导书公式2-122-14计算。其中 F=0.5，f)= 5Re -0.228 =5 x 4549.25 -0.228 =0.7328 n = 1. n0.5= 1.x1 40&58流体横向流过管束的压降Ap = Ffn(N +1)2 = 0.5 x0.7328 x8x (44 + 1)x 774x 0872 = 1785.5Pa1 o c B 22流体流过折流板缺口的压降Ap = N

12、 f3.5 -竺2 = 44x (3.5 - 0)x 774x0872 = 1488.6Pa2 b I D ) 20.42壳程总压降计算，其中二 1.15ap0 =(Ap; +Ap2)F = (1785.5 +1488.6) x 1.15 = 3765.2Pa 0.1MPa以上计算表明，设计的热交换器压力损失小于0.1MPa，符合要求。所需换热器的相关参数换热器形式固定管板式热交换器膨胀节形式U形管程水壳程煤油煤油进口（出口）温度130 （50）度煤油流量10t/h水进口（出口）温度55 （25）度水的流量14.88 t/h换热面积25.77 m 2冷却水管外径X壁厚419 x 2mm冷却水管根数24X2冷却水管材碳钢传热管