80浮头换热器毕业设计-说明书2 - 图文(3)

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其结构

可参见图3。一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，从而省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。其结构简单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，故最好让不易结垢的物料从管内通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。

（4） 双

重

管

式

换

热

器

：

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将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器，其结构可以参看图4。管程流体（B流体）从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底部，然后返回，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热，但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

（5） 填

料

函

式

换

热

器

：

图5为填料函式换热器的结构。管束一端与壳体之间用填料密封，管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低，但填料处容易泄漏，工作压力与温度受一定限制，直径也不宜过大。

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1.3 管壳式换热器特殊结构

包括有双壳程结构、螺旋折流板、双管板等特殊结构，这些结构将使换热器拥有更高的工作效率。

（1） 双壳程结构：在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封

片阻挡物流内漏，形成双壳程结构。适用场合：①管程流量大壳程流量小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高1～1.2倍；②冷热流体温度交叉时，但壳程换热器需要两台以上才能实现传热，用一台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可以得到较大的传热温差。

（2） 螺旋折流板式换热器：螺旋折流板可以防止死区和返混，压降较小。物

流通过这种结构换热器时存在明显的径向变化，故不适用于有高热效率要求的场合。

（3） 双管板结构：在普通结构的管板处增加一个管板，形成的双管板结构用

于收集泄漏介质，防止两程介质混合。

1.4 换热管简介

换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的新效的换热管有以下几种：

（1） 螺纹管：又称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻

1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大、腐蚀易结垢物料的换热。

（2） T形翅片管：用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数

提高1.6～3.3倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。

（3） 表面多孔管：该管为光管表面形成一层多孔性金属敷层，该敷层上密布

的小孔能形成许多汽化中心，强化沸腾传热。

（4） 螺旋槽纹管：可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体

顺槽旋流，另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。

（5） 波纹管：为挤压成型的不锈钢薄壁波纹管，管内、管外都有强化传热的

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作用，但波纹管换热器承压能力不高，管心距大而排管少，壳程短而不易控制。

管壳式换热器的应用已经有悠久的历史，而且管壳式换热器被当作一中传统的标准的换热设备在很多工业部门中大量使用。尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位，因此本次毕业设计特针对这类换热器中的浮头式换热器的工艺设计以及结构设计进行介绍。

第二章 工艺计算

在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需要的传热面积。工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述：

2.1 设计条件

表2-1 油品与原油的操作参数 原 油 油 品 设计压力 进口温度出口温度流 量 进口温度 出口温度 流 量 （Mpa） （°C） （°C） （kg/s） （°C） （°C） （kg/s） 69 101 26.50 300 100 6.44 2.5

表2-2 油品与原油的物性参数

名称 平均温度（℃） 比热kJ/kg2k 3.165 2.587 导热系数W/（m2k） 0.140 0.114 密度 kg/ m3 805 918 粘度（*10-3）Pa2S 原油 油品 85 200 8.10 0.920 热阻（*10-3）㎡2K/w 0.52 0.52 2.2 核算换热器传热面积

2.2.1 流动空间的确定

选择被冷却的油品走壳程，被加热的原油走管程。这是因管程：原油 为：被冷却的流体走壳程可便于散热，而传热系数大的流体应壳程：油品 走管程，这样可降低管壁的温差，减少热应力，同时对于浮头 式换热器，一般是将易结垢流体流经管程。

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2.2.2 初算换热器传热面积A' 2.2.2.1 传热计算（热负荷计算）

热负荷：Q?mccpc(Tco?Tci)?mhcph(Thi?Tho) 式中：mc,mh——冷热流体的质量流量，kg/s； cpc,cph——冷热流体的定压比热，J/(kg2k)； Tci,Tco——冷流体的进、出口温度，k； Thi,Tho——热流体的进、出口温度，k。

理论上，Qc=Qh，实际上由于热量损失，Qc≠Qh，通常热 负荷应该取max（Qc，Qh）。

Qc?mccpc(Tco?Tci)?26.5?3.165?(101?69)?2683.9KWQh?mhcph(Thi?Tho) = 6.44?2.587?(300-100)=3332.1KW

Qc?2683.9KW

；

Qh=3332.1KW 故Q?3332.1KW。

' 2.2.2.2 有效平均温差?tm的计算

Q?3332.1KW选取逆流流向，这是因为逆流比并流的传热效率高。其中?t1为较小的温度差，?t2为较大的温度差。

?t1?100?69?31C;o

?t1?31Co ?t2?300?101?199C;

o因为

?t1?t2?2，故采用对数平均温度差，则

?t2?199Co?tm?'?t2??t1ln?t2?t1?199?31ln19931?91.4℃;

?tm?91.4'2.2.2.3 按经验值初选总传热系数K估 查表选得K估=180W/（㎡﹒℃）；

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