煤油冷卻器的設(shè)計(jì)
化工原理課程
設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目：煤油冷卻器的設(shè)計(jì)
學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院
班級(jí)：
學(xué)號(hào)：
姓名：
指導(dǎo)老師：
日期：
目錄
一．列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書
二．列管式換熱器設(shè)計(jì)書
1.概述
2.設(shè)計(jì)原則
(1)流體通道的選擇 （2）流體流速的選擇
(3)流體兩端溫度的確定（4）管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定
（5）管程、殼程數(shù)的確定（6）折流板
（7）換熱器中傳熱與流體流動(dòng)阻力計(jì)算
3．列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)的一般步驟
4．初步設(shè)計(jì)方案
5. 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算
(1)管徑和管內(nèi)流速 (2) 管程數(shù)和傳熱管數(shù)
(3)傳熱管的排列和分程方法(4) 殼體內(nèi)徑(5) 折流板(6) 折流板
6.換熱器核算
（1）熱流量核算 （2）核算壓強(qiáng)降 （3）管板厚度計(jì)算
（4）膨脹節(jié)計(jì)算 （5）零部件結(jié)構(gòu)的選取
三．附表 表一：固定管板式換熱器的基本參數(shù)
表二：常用固定管板式換熱器的傳熱系數(shù)的范圍
表三：常用體流的污垢熱阻
四．參考文獻(xiàn)
五．心得體會(huì)
列管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書
一 設(shè)計(jì)題目：煤油冷卻器的設(shè)計(jì)
二 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件
1.處理能力：15萬噸/年煤油
2設(shè)備形式：列管式換熱器
3.操作條件
（1） 煤油：入口溫度130℃，出口溫度50℃
（2） 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度25℃，出口溫度45℃
（3） 允許壓強(qiáng)降：不大于100kPa
（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×
10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.℃)
（5） 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行
三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算
3.1 傳熱計(jì)算
3.2 管、殼程流體阻力計(jì)算
3.3管板厚度計(jì)算
3.4 U形膨脹節(jié)計(jì)算（浮頭式換熱器除外）
3.5 管束振動(dòng)
3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)
四 繪制換熱器裝配圖（A1圖紙）
五．參考文獻(xiàn)
[1] 夏清，姚玉英,陳常貴,等. 化工原理[M]. 天津：天津大學(xué)出版
社，2001
[2] 華南理工大學(xué)化工原理教研組. 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996
[3] 刁玉瑋,王立業(yè). 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第五版）[M]. 大連：大連
理工大學(xué)出版社, 2000
[4] 大連理工大學(xué)化工原理教研室．化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 大連：
大連理工大學(xué)出版社，1996
[5] 魏崇光，鄭曉梅. 化工工程制圖[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版
社,1998
[6] 婁愛娟,吳志泉. 化工設(shè)計(jì)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2002
[7] 華東理工大學(xué)機(jī)械制圖教研組. 化工制圖[M]. 北京：高等教育
出版社，1993
[8] 王靜康. 化工設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版，1998
[9] 傅啟民. 化工設(shè)計(jì)[M]. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000
[10] 董大勤. 化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999
[11] GB 151-1999管殼式換熱器
[12] JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)
[13] 靳明聰. 換熱器[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1990
[14] 蘭州石油機(jī)械研究所. 換熱器[M]. 北京：烴加工出版社，1986
列管式換熱器設(shè)計(jì)書
一． 概 述
在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)稱熱換器。在熱換器中至少需要兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體溫度較低，吸收熱量。
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，它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。
隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的作用和地位的不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。
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)來分，主要有以下幾種：
1.固定管板式換熱器：
這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。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。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí)，為安全
起見，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過600kpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔茫蛻?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。
2．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)。
3．U型管式換熱器：
U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問題。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。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。
4．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)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。
二．設(shè)計(jì)原則
（1）流體通道的選擇
流體通道的選擇可參考以下原則進(jìn)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(shí)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，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(shí)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(qiáng)冷卻效果；
6.有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；
7.粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流體流向和流速不斷改變，在很低的雷諾數(shù)（Re
件下，將上述流體通入多管程中也可得到較高的對(duì)流傳熱系數(shù)。 在選擇流體通道時(shí)，以上各點(diǎn)常常不能兼顧，在實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)抓住主要矛盾。如首先要考慮流體的壓力、腐蝕性和清洗等要求，然后再校核對(duì)流傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)等，以便作出合理的選擇。
(2)流體流速的選擇
換熱器中流體流速的增加，可使對(duì)流傳熱系數(shù)增加，有利于減少污垢在管子表面沉積的可能性，即降低污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大。然而流速的增加又使流體流動(dòng)阻力增大，動(dòng)力消耗增大。因此，適宜的流體流速需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算來確定。充分利用系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的允許壓降來提高流速是換熱器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。在選擇流體流速時(shí)，除了經(jīng)濟(jì)核算以外，還應(yīng)考慮換熱器結(jié)構(gòu)上的要求。
(3)流體兩端溫度的確定
若換熱器中冷、熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，則不存在確定流體兩端溫度的問題。
(4)管徑、管子排列方式和殼體直徑的確定
小直徑管子能使單位體積的傳熱面積大，因而在同樣體積內(nèi)可布置更多的傳熱面�；蛘哒f，當(dāng)傳熱面積一定時(shí)，采用小管徑可使管子長(zhǎng)度縮短，增強(qiáng)傳熱，易于清洗。但是減小管徑將使流動(dòng)阻力增加，容易積垢。對(duì)于不清潔、易結(jié)垢或粘度較大的流體，宜采用較大的管徑。因此，管徑的選擇要視所用材料和操作條件而定，總的趨向是采用小直徑管子。
管長(zhǎng)的選擇是以合理使用管材和清洗方便為原則。國(guó)產(chǎn)管材的長(zhǎng)
度一般為6m，因此管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中換熱管的長(zhǎng)度分為1.5、2、3或6m幾種，常用3m或6m的規(guī)格。長(zhǎng)管不易清洗，且易彎曲。此外，管長(zhǎng)L與殼體D的比例應(yīng)適當(dāng)，一般L/D=4～6。
管子的排列方式有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列三種。等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大；正方形直列比較松散，對(duì)流傳熱系數(shù)較三角形排列時(shí)低，但管外壁清洗方便，適用于殼程流體易結(jié)垢的場(chǎng)合；正方形錯(cuò)列則介于上述兩者之間，對(duì)流傳熱系數(shù)較直列高。
換熱器殼體內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于管板的直徑。通常是根據(jù)管徑、管數(shù)、管間距及管子的排列方式用作圖法確定。
(5)管程和殼程數(shù)的確定
當(dāng)流體的流量較小而所需的傳熱面積較大時(shí)，需要管數(shù)很多，這可能會(huì)使流速降低，對(duì)流傳熱系數(shù)減小。為了提高流速，可采用多管程。但是管程數(shù)過多將導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，平均溫差下降，同時(shí)由于隔板占據(jù)一定面積，使管板上可利用的面積減少。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。采用多管程時(shí)，一般應(yīng)使各程管數(shù)大致相同。
(6)折流板
折流板又稱折流擋板，安裝折流板的目的是為了提高殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。其常用型式有弓形折流板、圓盤形折流板以及螺旋折流板等。常用型式為弓形折流板。折流板的形狀和間距對(duì)殼程流體的流動(dòng)和傳熱具有重要影響。
(7)換熱器中傳熱與流體流動(dòng)阻力計(jì)算
有關(guān)列管式換熱器的傳熱計(jì)算可按已選定的結(jié)構(gòu)型式,根據(jù)傳熱過程各個(gè)環(huán)節(jié)分別計(jì)算出兩側(cè)流體的對(duì)流傳熱熱阻及導(dǎo)熱熱阻，得到總傳熱系數(shù)，再按公式進(jìn)行換熱器傳熱計(jì)算。列管式換熱器中流動(dòng)阻力計(jì)算應(yīng)按殼程和管程兩個(gè)方面分別進(jìn)行。它與換熱器的結(jié)構(gòu)型式和流體特性有關(guān)，一般對(duì)特定型式換熱器可按經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算。
三．列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)的一般步驟
列管式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟基本上是一致的，其基本步驟如下：
1．估算傳熱面積，初選換熱器型號(hào) （1） 根據(jù)傳熱任務(wù)，計(jì)算傳熱速率；
（2） 確定流體在換熱器中兩端的溫度，并按定性溫度計(jì)算流體物性； （3） 計(jì)算傳熱溫差，并根據(jù)溫差修正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫； （4） 根據(jù)兩流體的溫差，確定換熱器的型式； （5） 選擇流體在換熱器中的通道；
（6） 依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，估取總傳熱系數(shù)值； （7） 依據(jù)傳熱基本方程，估算傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇換熱器的規(guī)格；
（8） 選擇流體的流速，確定換熱器的管程數(shù)和折流板間距。 2．計(jì)算管程和殼程流體的流動(dòng)阻力
根據(jù)初選的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管程和殼程流體的流動(dòng)阻力。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理和滿足工藝要求。若不符合要求，再調(diào)整管程數(shù)或折
流板間距，或選擇其他型號(hào)的換熱器，重新計(jì)算流動(dòng)阻力，直到滿足要求為止。
3．計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積
計(jì)算管程、殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計(jì)算傳熱系數(shù)和所需的傳熱面積。一般選用換熱器的實(shí)際傳熱面積比計(jì)算所需傳熱面積大10%～25%，否則另設(shè)總傳熱系數(shù)，另選換熱器，返回第一步，重新進(jìn)行校核計(jì)算。
上述步驟為一般原則，可視具體情況作適當(dāng)調(diào)整，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不合理處要反復(fù)計(jì)算。
四．初步設(shè)計(jì)方案 1.選擇換熱器的類型
兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度130℃ 出口溫度50℃；冷流體進(jìn)口溫度25℃，出口溫度為45℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 2.管程安排
由于水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大，且水較易結(jié)垢，所以應(yīng)使冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。 3.確定物性數(shù)據(jù)
因?yàn)樗疄榈宛ざ攘黧w，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均
值。故其定性溫度為：t=物性數(shù)據(jù)如下：
密度
45?25
=35℃。查表得水在35℃時(shí)的有關(guān)2
994kg/m3，黏度 0.727×10-3Pa.s，比熱容
4.187kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.626W/(m.℃). 煤油的定性溫度為t=性數(shù)據(jù)如下：
密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.℃)。 4.計(jì)算相關(guān)的物理量 （1）煤油流量
Wh=15×10000×1000/(330×24×3600)=5.261㎏/s
130?50
=90℃，查表得煤油在90℃時(shí)的有關(guān)物2
(2)熱負(fù)荷
Q=whcph(T1?T2)=5.261×2.22×1000×(130－50)=934343 W （3）冷卻水流量
934343?3600Q
?40168 ㎏/h WC==3
cpc(t2?t1)4.187?10?(45?25)
(4)計(jì)算兩流體的平均溫度差 暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算。
?tm
/
?t2??t1(130?45)?(50?25)
?49.0oC = ln?t2=130?451ln
50?25
t2?t145?25T1?T2130?50
?0.19?4 而P＝=,R＝=
45?25T1?t1130?25t2?t1
?查表得：?t =0.87，所以
/??t?t△t =×m=0.87×49.0=42.63 ℃
m
（5）計(jì)算傳熱面積 假設(shè)K=300 W/(m.℃)，故
934343Q
S?==73.1 ㎡
K?tm300?42.63
五．工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算
1．管徑和管內(nèi)流速 選用的是Φ25×2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)水的流速u=0.7m/s。 2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)
ns=
V
4
?
2
diu
40168/(3600?994)
≈51根
0.785?0.022?0.7
按單程計(jì)算所需傳熱管的長(zhǎng)度
S73.1L???18.3 m
?dons3.14?0.025?51
單程管計(jì)算，傳熱管過長(zhǎng)，采用多管程結(jié)構(gòu)。取L=4.5m，則換熱器的程數(shù)為
Np?L/l=18.3/4.5≈4
所以傳熱管總根數(shù)N=4×51=204 根 3.傳熱管的排列和分程方法
采用組合排列方法，即每程內(nèi)均按正三角形排列。取管心距t=1.25do，則
t=1.25×25=31.25≈32 mm 橫過管束中心的管數(shù)為
nc?1.N?1.1?204=16 根 4.殼體內(nèi)徑
采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率?=0.7，則殼體內(nèi)徑為 D=1.05tN/??1.05?204/0.7t=573.6 mm 可取整殼體公稱直徑D=600mm。 5.折流板
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
h=0.25×600=150mm
取折流板間距B=0.4D B=0.4×600=240 mm， 則可取擋板間距為300 mm。 折流擋板數(shù)NB=
傳熱管長(zhǎng)
－1=4500/300-1=14 塊，
折流板間距
折流板圓缺面水平裝配。 6.接管
殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為u1=1.0m/s,則接管內(nèi)徑為： d1?
4V14?5.261
?=0.090 m ?u1825?3.14?1.0
取整后圓管內(nèi)徑可取為100mm。
管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u2=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為：
d2?
4V24?40168
?=0.098 m ?u23600?994?3.14?1.5
取整后圓管內(nèi)徑也可取為100mm。 所以各接管處的圓管內(nèi)徑都可取為100mm。
根據(jù)以上各數(shù)據(jù)的分析，可選用G600Ⅳ—1.0—77型換熱器。其有關(guān)參數(shù)見下表：
此換熱器的實(shí)際傳熱面積：
So?n?dl?222?3.14?0.025?(4.5?1)=76.7㎡
若選擇該型號(hào)的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為
Q934343
Ko??=285.8 W/(m.℃)
So?tm76.7?42.63
六．換熱器核算 1.熱流量核算
（1）殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺折流板，用克恩法計(jì)算： ?0?0.36
?1
de
Re0
0.55
Pr(
?0.14
) ?w
當(dāng)量直徑，由正三角形排列得：
?222π2
4?(?0.032??0.025)t?do)
de
＝==0.020 m
3.14?0.025πdo
殼程流通最大截面積： So = BD(1－
do0.025
)=0.039 ㎡ )=0.3?0.6?(1?
t0.032
殼程流體流速為：
v5.261
uo??=0.164 m/s
so825?0.039
雷諾數(shù)：Reo?
deuo?0.020?0.164?825
??3785 ?4
?7.15?10
2.22?1000?7.15?10?4
普朗特?cái)?shù)：Pr＝＝＝11.34
?0.14粘度校正：(
cp?
?0.14
)≈1 ?w
0.14
)?(3785)0.55?11.34?1=526 W/(m.℃) 0.020
所以,?o?0.36?(
（2）管程對(duì)流傳熱系數(shù)
?
?i= 0.023i
di
Rei
0.8
Pri
0.4
管程流體流通截面積：
Si?
?
4
di
2
N?222??0.022??0.017 ㎡ Np44
管程流體流速為：
ui?
v40168??0.66 m/s si3600?994?0.017
diui?0.02?0.66?994
??18048 ?3?0.727?10
雷諾數(shù)：Rei?
4.187?1000?0.727?10?3
普朗特?cái)?shù)：Pr＝＝4.86 i＝?0.626
cp?
0.6260.80.4
?(18048)?(4.86)?3444 W/(m.℃)?所以，i= 0.023?
0.02
（3）污垢熱阻 參考數(shù)據(jù)表，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻可分別取為 Rsi?0.00034 m.℃/W, Rso?0.00017 m.℃/W （4）總傳熱系數(shù)K
1bdododo
RRK? 1/（α＋so＋＋＋si）
?dαddomiii
1
＝?10.0025?0.0252525?
?0.00017??0.00034????
45.3?0.0225203444?20??526
＝342.4 W/(m.℃)
由前面的計(jì)算可知，選用該型號(hào)換熱器時(shí)要求過程中總傳熱系數(shù)為285.8 W/(m.℃)，在規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的K值為342.4
K342.4??1.20 W/(m.℃)，因?yàn)椋?/p>
Ko285.8
在1.15至1.25之間，故所選擇的換熱器是合適的。 （5）傳熱面積S
S?
Q934343
??64.0 ㎡ K?tm342.4?42.63
該換熱器的實(shí)際傳熱面積：So?76.7 ㎡ 該換熱器的面積裕度為： H=
Sp?SS
76.7?64.0
?100%??100%?19.8%
64.0
傳熱面積裕度合適，所以該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。
2.核算壓強(qiáng)降 （1）管程壓強(qiáng)降
∑△pi＝（△p1+△p2）Ft NpNs
△p1 ，△p2 ——分別為直管和回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降 Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對(duì)Φ25×2.5mm的傳熱管取1.4 Np —管程數(shù)，Np=4 Ns—串聯(lián)的殼程數(shù)，Ns=1。 管程流通面積為：
N?2222
??0.02??0.0174 ㎡ Ai?di
4Np44
2
?
管程流體流速為：
ui?
vs40168??0.645 m/s Ai3600?994?0.0174
diui?0.02?0.645?994
??17638（湍流） ?3?0.727?10
雷諾數(shù)：Rei?
設(shè)管壁粗糙度?=0.1mm,
d中可查得：?=0.035
?
i
0.1==0.005,由??Re關(guān)系圖20
2
lui4.50.6452
?i=0.035???994=1628 Pa 所以：△p1＝?i
di20.022
△p2＝?
ui2
2
0.6452
?994＝620 Pa ?i＝3?2
∑△pi＝（1628+620）?1.4?4?1＝12589 Pa
∑△po＝（?p1＋?p2）Fs Ns ?p1—流體橫過管束的壓強(qiáng)降 ?p2—流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降
Fs—?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對(duì)液體可取1.15
//
/
/
其中，?p1=F fo nc (NB+1)
/
?uo2
22
2h?u/o
，?p2=NB（3.5－）
D2
F—管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列F=0.5 fo ——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo>500時(shí)，fo＝5.0ReReo nc——橫過煤油冷卻器的設(shè)計(jì)管束中心線的管子數(shù)，16根 NB——折流擋板數(shù)，14塊 h—折流擋板間距，0.3m
?0.228
uo—按殼程流通面積Ao計(jì)算的流速，而Ao=h（D-ncdo）。
殼程流通截面積：
)?0.06 ㎡ Ao=h（D-ncdo）=0.3?(0.6?16?0.025殼程流體流速為：
uo?
vs5.261
??0.11 m/s Ao825?0.06
douo?0.025?0.11?825
??3173 > 500 ?4
?7.15?10
?0.228
?0.228
=5.0?3173=0.80
雷諾數(shù)：Reo?
fo＝5.0ReReo
2
825?0.11/
所以：?p1=0.5?0.80?16?(14?1)?=479 Pa
2
2
2?0.3825?0.11/
)? ?p2=14?(3.5?=175 Pa 0.62
∑△po＝（479+175）?1.15?1=752 Pa
因此，殼程壓強(qiáng)降在允許的范圍內(nèi)。
綜上所述，管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿足題設(shè)要求。 3.管板厚度計(jì)算 固定管板厚度設(shè)計(jì)采用BS法。 假設(shè)管板厚度b=40mm，總換熱管數(shù)量 n=222。
一根管壁金屬橫截面積為：
2
a?d0?di2）??（252?202）?176.6mm2
44
??
開孔溫度削弱系數(shù)（4程）：
??0.6
兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度(除掉兩管板厚)L取4420mm。 計(jì)算系數(shù)K：
2
K?1.32
Dibna1200
?1.32???Lb100222?176.6
0.6?4300?100
=6.18 所以，K=2.5
按管板筒支考慮，依K值查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社：圖4-45，圖4-46，圖4-47得：
G1?2.9，G2?-0.65，G3?2.8
管板最大應(yīng)力:
?t?
1?（Ps?Pt）G2?1（6.9?0.4）?（?0.65）??P???6.41??57.4Mpaa???????0.607??0.233?
或
1?（Ps?Pt）G3?1（6.9?0.4）?2.8??
?t??Pa????6.41???101.2Mpa
?????0.607??0.233? 筒體內(nèi)徑截面積： A?
?
4
Di?
2
?
4
?12002=1538600 mm2
管板上管孔所占的總截面積：
n??2
do??222?252=615555.8mm2 C?44
系數(shù)
??
A-C1538600?615555.8
??0.6A1538600
系數(shù) ??
na222?176.6
??0.24
A?C1538600?615555
殼程壓力： Ps?6.9Mpa 管程壓力: Pl?0.4Mpa
（?6.9?0.4?（1?0.24）?6.404Mpa l1??） 當(dāng)量壓差： Pa?Ps-P
管板采用16Mn鍛： ???r?150Mpa 換熱管采用10號(hào)碳系鋼： ???t?112Mpa 管板管子程度校核：
?rmax?219.6Mpa?1.5????1.5?150?225Mpa
??t?112Mpa a?? ?tmax??101.2Mp
管板計(jì)算厚度滿足強(qiáng)度要求�？紤]管板雙面腐蝕取C2?2㎜,實(shí)際管板厚為42mm. 4. 膨脹節(jié)計(jì)算
根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》中的選用標(biāo)準(zhǔn)，由GB96475—1997知：當(dāng)公稱直徑為600mm，且公稱壓力為1.0MPa時(shí)，可以選用Q235—A型的波形膨脹節(jié)，它的壁厚為4mm，單波軸向剛度為11.4KN/mm,補(bǔ)償量為2.5mm。 5. 零部件結(jié)構(gòu)的選取
由于零部件結(jié)構(gòu)的計(jì)算比較麻煩，所以參照書上的數(shù)據(jù)可得相應(yīng)的固定管板式換熱器的有關(guān)數(shù)據(jù)：
殼體壁厚為10mm，折流板厚度為5mm，數(shù)量為14，接管壁厚為4mm。 橢圓形封頭的`曲面高度為150mm,直邊高度為50mm，厚度為8mm。 接管法蘭外徑為210mm，螺栓孔位置在170mm處，突緣半徑為148mm,螺栓孔直徑為18mm，接管法蘭厚度為18mm。
拉桿的直徑為12mm,需4根拉桿，而包裹在其外的定距管的直徑則為25mm。
鞍式支座中，底板長(zhǎng)度為540mm,A型底板寬度為150mm，B型底板寬度為160mm，螺栓孔間距長(zhǎng)420mm。
附表：
表一：固定管板式換熱器的基本參數(shù)
表二：常用固定管板式換熱器的傳熱系數(shù)的范圍
表三：常用體流的污垢熱阻
參考文獻(xiàn)
[1] 夏清，姚玉英,陳常貴主編《化工原理》[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，2001年
[2] 華南理工大學(xué)化工原理教研組《化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)》[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996年
[3] 刁玉瑋,王立業(yè)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第五版）》[M]. 大連：大
連理工大學(xué)出版社, 2000年
[4]魏崇光，鄭曉梅主編《化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998年
[5]GB 151-1999管殼式換熱器
[6] JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù) [7] 網(wǎng)上資源
心得體會(huì)
這次為期兩個(gè)星期左右的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束，這次的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)列管式換熱器。雖然設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)的時(shí)間不長(zhǎng)，卻收獲頗多，受益匪淺。
首先，這次課程設(shè)計(jì)是我們所接觸的實(shí)踐任務(wù)中最繁瑣的、專業(yè)性最強(qiáng)的，所要用到的知識(shí)很多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、制冷原理和換熱器原理與設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。這些知識(shí)不是機(jī)械的相加，而是需要全面的考慮和整體布局，不止一次因?yàn)榭紤]不全而要重新來過；有時(shí)會(huì)不耐煩，可想想不耐煩對(duì)我沒有任何益處，便及時(shí)的調(diào)整過來。最后，整體計(jì)算了四次才選定初步的換熱器型號(hào)。而且，有時(shí)為了一個(gè)數(shù)據(jù)查找了好幾本書，還是找不到結(jié)果的時(shí)候，是挺納悶的，很容易讓人想放棄。但有目標(biāo)在，繼續(xù)尋找，努力終會(huì)結(jié)果，這結(jié)果就是對(duì)努力的獎(jiǎng)勵(lì)。特別是在其他同學(xué)都還沒找到而你找到，拿來跟其他同學(xué)共享，那更是一件樂事。在辛苦的同時(shí)，享受著辛苦帶來收獲的喜悅。
其次，這次課程設(shè)計(jì)還考驗(yàn)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、平和的心態(tài)。這次設(shè)計(jì)工作量大，用到的知識(shí)多，而且我們又是第一次設(shè)計(jì)，所以單獨(dú)靠自己是不法完滿的完成本次課程設(shè)計(jì)。我們同學(xué)之間經(jīng)常要進(jìn)行討論，甚至爭(zhēng)論，這樣，我們就能發(fā)現(xiàn)問題，并能因此產(chǎn)生比較合理的結(jié)果和方法。大家都明白了，那其他的都不是問題。同時(shí)爭(zhēng)論讓我更加清楚地了解自己，讓我明白我要更加耐心的表達(dá)我的想法，把問題解析清楚，也要耐心的聽其他同學(xué)的意見。如果有實(shí)在解決不了的問題，就去向老師咨詢，老師會(huì)耐心地給我們講解，直到我們完全弄明白了為止。
最后要提到的就是繪圖了。由于工程制圖不是我們的專業(yè)，而且我們學(xué)了將近兩年了，差不多都將其內(nèi)容忘光了。于是乎我們只能捧著厚厚的課本將其仔細(xì)的復(fù)習(xí)一遍，然后再進(jìn)行正式的繪圖工作。繪圖過程中遇到了不少的麻煩，簡(jiǎn)直讓人頭疼。剛開始整體的布局規(guī)劃就很啰嗦，要布局得當(dāng)才能使圖既能夠畫完，又表現(xiàn)得十分清晰。而且因?yàn)閾Q熱器中有很多的零部件，它們的尺寸或者厚度很小，畫的時(shí)候很難準(zhǔn)確地按照比例將其繪畫出來。于是，我們每天早出晚歸，一整天都已畫室為家，終于功夫不負(fù)有心人，最后將換熱器圖圓滿順利地完成了。
雖然在這次的換熱器設(shè)計(jì)中遇到了很多的麻煩，但最終通過自
己的努力、同學(xué)的幫助以及老師的耐心講解，最終還是完成了任務(wù)。通過這次的設(shè)計(jì)任務(wù)，我鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，并讓我對(duì)化工知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí)和理解，還增強(qiáng)了我的查閱能力以及動(dòng)手能力�？傊斋@還是蠻多的。
【煤油冷卻器的設(shè)計(jì)】相關(guān)文章：
煤油燈初中作文06-03
液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)煤油高低溫試驗(yàn)工藝技術(shù)07-29
渦輪冷卻器壽命評(píng)估的一般方法07-05
煤油燈作文（精選28篇）10-20
煤油燈下的父作文02-28
煤油燈和臺(tái)燈作文05-07
HXD3型機(jī)車復(fù)合冷卻器堵塞問題的探討10-20
煤油燈下的父親優(yōu)秀高中作文04-16
煤油燈里話蒼滄桑散文10-07