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摘要：在不同溫度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器，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。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们也是这些行业中的通用设备，占有十分重要的地位。
关键词：换热器设计，原油，煤油
Abstract: The means of transfer of heat between fluids of different temperature is called the heat exchanger, referred to as heat exchanger, at least two different temperature fluid in the heat exchanger, a fluid temperature is high, giving off heat, and the otherkind of fluid is lower temperature, absorbing heat. Kinds of heat exchangers are widely used in the chemical, petroleum, power, refrigeration, food and other industries, they are also common in these industries equipment, occupies a very important position.
Keywords: heat exchanger design, diesel, kerosene
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1. 概论
固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。
原油即石油，也称黑色金子，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。是石油刚开采出来未经提炼或加工的物质。地壳上层部分地区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。
柴油（Diesel）又称油渣，是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。它的主要成分是含10到22个碳原子的链烷、环烷或芳烃，沸点在170℃至390℃间，比重为0.82~0.845kg/l。
2．设计条件及主要物性参数
2.1设计条件
由设计任务书可得设计条件如表1所示
表1
经过检查物性得到的柴油和原油物性见表2
表2
2.2.定性温度的确定
Wc: 原油流量（kg/h） Wh: 柴油流量（kg/h）Cpc: 原油比热容
Cph： 柴油比热容t1，t2：原油的出、进口温度
T1、T2: 柴油的进、出口温度
热流量为
Qc = Wc Cpc(t1－t2) =45000×2.2×（110－75）/3.6
=962500 W
柴油出口温度：Qh = Qc = Wh Cph (T1－T2)
962500=30000×2.48×（170－T2）/3.6
T2=123.4℃
可取流体进出口温度的平均值。管程柴油的定性温度T=（170+123.4）/ 2=146.7 ℃
壳程原油的定性温度为t=(75+110) / 2=92.5℃
3 确定设计方案
3.1 选择换热器
由设计任务选择固定管板式换热器。柴油温度高，走管程可减少热损失，原油黏度较大，走壳程在较低的Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。
3.2 温差校正
根据《化工原理课程设计》P47，公式（3-9）
= = =54.2℃
0.5＜1.24＜2
平均温度校正系数与冷热流体的温度变化有关，是P和R两因数的函数
P=
R=
平均传热温差校正
因为，所以选择单壳程合适。
3.3 传热面积
根据《夏清 陈常贵 化工原理（上）》P356表，初步设定K=250W·m-2·℃-1。
根据《化工原理课程设计》P47，公式（3-5）
∴
4 工程结构尺寸
4.1 传热管选取
选用φ25×2.5mm的传热管(碳钢管)
4.2 工艺结构尺寸
取
需要管根
传热管长度
现有传热管长度L’=7m
所以换热器管程数
传热管总数
4.3 传热管的排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按三角形排列。取管芯距t=1.25d
隔板中心到离其最近一排管中心距离
各程相邻管的管心距为22×2=44mm
壳体内径
正三角形排列，6管程，取
取=600mm
取折流板圆缺高度为壳体内径为25％
取h’=200mm
折流板间距
折流板板数
4.4 接管
壳程流体进出口接口，取管内流体流速
取直径为140mm
管程流体进出口接管，取
4.5 换热器传热系数及粘度
壳程流体传热膜系数
当量直径
壳程流体界面积 .
壳程流速及其雷诺数
普兰特常数
粘度校正
带入以上数据
管内传热膜系数
管程流通截面积
带入以上数据
管内外侧污垢阻力均为
碳钢在该条件下的导热系数为
总传热系数
理论传热面积
实际传热面积
传热器面积裕度
5流体阻力
5.1 管程流体阻力
由Re=15078，传热管相对粗糙度，内径
，查表，
5.2壳程流体阻力
为额课程压强降液体，取1.1
带入上式，
6.设计计算结果汇总
经计算得出参数见表3
表3
参考文献：
[1]陈洪钫，刘家祺.化工分离过程[M] . 北京：化学工程出版社，1995
[2]姚玉英等.化工原理（上）[M].天津，天津大学出版社，2005
[3]钟理, 伍钦，马四朋. 化工原理（上）[M]. 北京，化学工业出版社，2008.8
[4]朱开宏译.化工计算手册.第三版.北京:中国石化出版社,2005
[5]Seader J D , Henley E.J.Separation Process Principle , 2nd[M] . New York : John Wiley and Sons , 2005.
[6]J Gmehing.VLE Data Collection , Vol 1 ,1977
[7]Hala E. Vapour Liquid Equilubrium , 1967
关键词：换热器设计，原油，煤油
Abstract: The means of transfer of heat between fluids of different temperature is called the heat exchanger, referred to as heat exchanger, at least two different temperature fluid in the heat exchanger, a fluid temperature is high, giving off heat, and the otherkind of fluid is lower temperature, absorbing heat. Kinds of heat exchangers are widely used in the chemical, petroleum, power, refrigeration, food and other industries, they are also common in these industries equipment, occupies a very important position.
Keywords: heat exchanger design, diesel, kerosene
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1. 概论
固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。
原油即石油，也称黑色金子，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。是石油刚开采出来未经提炼或加工的物质。地壳上层部分地区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。
柴油（Diesel）又称油渣，是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。它的主要成分是含10到22个碳原子的链烷、环烷或芳烃，沸点在170℃至390℃间，比重为0.82~0.845kg/l。
2．设计条件及主要物性参数
2.1设计条件
由设计任务书可得设计条件如表1所示
表1
经过检查物性得到的柴油和原油物性见表2
表2
2.2.定性温度的确定
Wc: 原油流量（kg/h） Wh: 柴油流量（kg/h）Cpc: 原油比热容
Cph： 柴油比热容t1，t2：原油的出、进口温度
T1、T2: 柴油的进、出口温度
热流量为
Qc = Wc Cpc(t1－t2) =45000×2.2×（110－75）/3.6
=962500 W
柴油出口温度：Qh = Qc = Wh Cph (T1－T2)
962500=30000×2.48×（170－T2）/3.6
T2=123.4℃
可取流体进出口温度的平均值。管程柴油的定性温度T=（170+123.4）/ 2=146.7 ℃
壳程原油的定性温度为t=(75+110) / 2=92.5℃
3 确定设计方案
3.1 选择换热器
由设计任务选择固定管板式换热器。柴油温度高，走管程可减少热损失，原油黏度较大，走壳程在较低的Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。
3.2 温差校正
根据《化工原理课程设计》P47，公式（3-9）
= = =54.2℃
0.5＜1.24＜2
平均温度校正系数与冷热流体的温度变化有关，是P和R两因数的函数
P=
R=
平均传热温差校正
因为，所以选择单壳程合适。
3.3 传热面积
根据《夏清 陈常贵 化工原理（上）》P356表，初步设定K=250W·m-2·℃-1。
根据《化工原理课程设计》P47，公式（3-5）
∴
4 工程结构尺寸
4.1 传热管选取
选用φ25×2.5mm的传热管(碳钢管)
4.2 工艺结构尺寸
取
需要管根
传热管长度
现有传热管长度L’=7m
所以换热器管程数
传热管总数
4.3 传热管的排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按三角形排列。取管芯距t=1.25d
隔板中心到离其最近一排管中心距离
各程相邻管的管心距为22×2=44mm
壳体内径
正三角形排列，6管程，取
取=600mm
取折流板圆缺高度为壳体内径为25％
取h’=200mm
折流板间距
折流板板数
4.4 接管
壳程流体进出口接口，取管内流体流速
取直径为140mm
管程流体进出口接管，取
4.5 换热器传热系数及粘度
壳程流体传热膜系数
当量直径
壳程流体界面积 .
壳程流速及其雷诺数
普兰特常数
粘度校正
带入以上数据
管内传热膜系数
管程流通截面积
带入以上数据
管内外侧污垢阻力均为
碳钢在该条件下的导热系数为
总传热系数
理论传热面积
实际传热面积
传热器面积裕度
5流体阻力
5.1 管程流体阻力
由Re=15078，传热管相对粗糙度，内径
，查表，
5.2壳程流体阻力
为额课程压强降液体，取1.1
带入上式，
6.设计计算结果汇总
经计算得出参数见表3
表3
参考文献：
[1]陈洪钫，刘家祺.化工分离过程[M] . 北京：化学工程出版社，1995
[2]姚玉英等.化工原理（上）[M].天津，天津大学出版社，2005
[3]钟理, 伍钦，马四朋. 化工原理（上）[M]. 北京，化学工业出版社，2008.8
[4]朱开宏译.化工计算手册.第三版.北京:中国石化出版社,2005
[5]Seader J D , Henley E.J.Separation Process Principle , 2nd[M] . New York : John Wiley and Sons , 2005.
[6]J Gmehing.VLE Data Collection , Vol 1 ,1977
[7]Hala E. Vapour Liquid Equilubrium , 1967