煤油冷却器设计

煤油冷却器设计

煤油冷却器的设计

朱振宇

摘要：本文主要介绍了如何设计一台换热性能优良的管壳式换热器,涉与内容较多,包括初始条件确立、换热管尺寸、壳体类型、换热器的选型等信息来确定。通过换热器核算来校正换热器的尺寸、壳体类型等，分析了流体的流动和换热机理等。 关键词：煤油冷却器、设计、管壳式、换热管、折流板

1 概述

1.1 换热器的分类

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。

换热器的类型多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，在所以的换热器中占着主导的地位。 列管式换热器有以下几种： ①固定管板式

固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定在管板上，在外壳上焊有膨胀节，当两流体的温度差较大时，管体和管束热膨胀不同，补偿圈发生缓慢的弹性形变来来补偿因温差引起的热膨胀。

特点：结构简单、在相同的壳体直径内，排管最多、比较紧凑；造价低廉、壳程清洗和检修困难（壳程宜用于不易结垢和清洗的流体）。 适用：比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。 ②浮头换热器

浮头式换热器的两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则可相对于壳体做某些移动，该端称之为浮头。此类换热器的管束膨胀不受壳体的约束，所以壳体与管束之间不会由于膨胀量的不同而产生热应力。 特点：结构复杂、笨重，造价比较高，材料消耗量大，浮头的端盖在操作中无法检查，安装时要密封，管束和管壳的间隙较大。 适用：管壳壁间温差较大，易于腐蚀和易于结垢的场合。

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③ U型换热器

U型管式换热器每根管子均弯成U型，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。

特点：结构简单、质量轻、管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。

适用：高温高压的场合 1.2 流动空间的选择原则

①尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。 ②管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。 ③应减小管子和壳体因受热不同而产生的热效应。

④对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄露，应注意密封。 ⑤应尽量避免使用贵金属，以降低成本。 宜于通入管内空间的流体：

①不清洁的流体：管内流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间便于清洗。 ②体积小的流体：管内空间的流动截面往往比管外空间的截面小，流体易于获得必要的理想流速，而且也便于做成程流动。

③有压力的流体：管子承压能力强，简化了壳体密封的要求。

④腐蚀性强的流体：只有管子与管箱才需要耐腐蚀的材料，而壳体与管外空间的所有零件均可用普通材料制造，造价可以降低。 ⑤与外界温差大的流体：可以减少热量的散逸。 宜通于管间的流体：

①两流体温差相差较大：可减少管壁于壳壁间的温度差，因而可减少了管束与壳体间的相对伸长。 ②两流体给热性能相差较大 ③饱和蒸汽：易于排出冷凝液

④粘度大的流体：管间的流动截面和方向都在不断的变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内大

⑤泄露后危险性大的流体可减少泄露机会

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2 设计方案简介 2.1 选择换热器的类型

两流体温度变化情况：热流体进口温度120℃ ,出口温度40 ℃；冷流体（循环水）进口温度20℃，出口温度40℃.由于该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，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，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。 2.2 流体空间与流速的确定

根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速应大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管城流体，煤油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为ui?1.0m/s，用φ25×2.5mm的碳钢管（换热管标准：8163)。 3 工艺流程草图与说明

图1 工艺流程图

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说明：由于循环冷却水较易结垢，为便了水垢的清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。如图：煤油先到达原油储罐，再经原油泵抽上来，经粗管道进入换热器壳程，冷却水经细管道进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，煤油从120℃冷却至40℃后再由粗管道流进产品储罐经产品泵流出；循环冷却水则从20℃加热至40℃后，再由细管道流出。 4 厂址的选择

珠海

5 列管式换热器的工艺计算 5.1 确定物性参数

定性温度：可取流体进口温度的平均温度值。 壳程油的定性温度为

T??120?40?2?80℃

管程流体的定性温度为

t??20?40?2=30℃

定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 根据油在80℃下的有关物性数据如下： 密度：?0?781kgm3

定压比热容：Cp0?2.28KJ/(kg.℃) 导热系数：?0?0.141W/(m.℃) 粘度：?0?0.000664Pa.s

循环冷却水在30℃下的物性数据： 密度：?i?995.7kg/m3

定压比热容：cpi?4.174KJ/(kg.℃) 导热系数：?i?0.618W/(m.℃) 粘度：?i?0.0008007Pa.s

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5.2 计算总传热系数 5.2.1 热流量

mo=（23000×103）/7200=3194.4

Qo?mocpoto?3194.4?2.28??120?40??5.83?105KJ/h?161.94kw 5.2.2 平均传热温差

?tm??t1??t260??43.28℃ ?t180lnln20?t25.2.3 冷却水用量

Qo5.83?105wi???7144.6kgh

Cpoto4.174??40?20?5.2.4 总传热系数K 管程传热系数

?iCpo?i4.174?103?0.0008007Pri???5.408

?i0.618??i?0.023iRei0.8Pri0.4?2628w(m2?℃)diRe?diui?i?0.02?0.5?995.7?124350.0008007壳程传热系数

假设壳程的传热系数?o?400w?m2?℃? 污垢热阻

Rsi?0.000344m2?℃wRso?0.000172m?℃w2

管壁的导热系数λ=45W/?m.℃?

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