化 工 设 计
设计题目：设 计 人：专业班级：学 号：指导老师：
说 明 书
煤油冷却器的设计
二 〇 〇 九 年 六 月 八 日
前言
化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使学生得到化工设计的初步训练，为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心，训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为3周，其基本内容为： (1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
(2)主要设备的工艺设计计算(含计算机辅助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
(3)辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。
(4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。
(5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。
(6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参考文献。
整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠；
（3） 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
目录
设计任务书 ............................................................................................................................................................... 6
一 设计题目：煤油冷却器的设计 ............................................................................................................... 6 二 设计任务及操作条件 ............................................................................................................................... 6 三 选择适宜的列管式换热器并进行核算 ................................................................................................... 6 四 绘制换热器装配图（A1图纸） .............................................................................................................. 6 第一章 设计方案简介 ............................................................................................................................................. 7
第一节 换热器简介 ................................................................................................................................... 9
一、换热器概述 ....................................................................................................................................... 9 二、换热器的分类 ................................................................................................................................... 9 第二节 列管式换热器的结构 ................................................................................................................... 13
1、管程结构 ........................................................................................................................................... 13 2、壳程结构 ........................................................................................................................................... 14 第三节 管程和壳程数的确定 ................................................................................................................... 16 第四节 流动空间的选择 ........................................................................................................................... 17 第五节 流体流速的选择 ........................................................................................................................... 18 第六节 流动方式的选择 ........................................................................................................................... 18 第七节 加热剂、冷却剂的选择 ............................................................................................................... 19 第八节 流体出口温度的确定 ................................................................................................................... 19 第九节 材质的选择 ................................................................................................................................... 19 第二章 列管式换热器的设计计算 ..................................................................................................................... 20
第一节 传热计算 ....................................................................................................................................... 21
1、传热系数K ....................................................................................................................................... 21 2、平均温度差 ....................................................................................................................................... 21 3、对流传热系数 ................................................................................................................................... 24 4、污垢热阻 ........................................................................................................................................... 24 第二节 流体流动阻力(压强降)的计算 ..................................................................................................... 26 第三节 列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结 .............................................................................. 28 第三章 换热器设计 ........................................................................................................................................... 29
一、确定设计方案. ........................................................................................................................................ 29 二、确定物性数据 ......................................................................................................................................... 29 四、传热面积初值计算 ................................................................................................................................. 30 五、管侧传热系数 ......................................................................................................................................... 30 六、管内给热系数 ......................................................................................................................................... 31 七、传热核算 ................................................................................................................................................. 31 八、壳侧压力降 ............................................................................................................................................. 31 九、管侧压降计算 ......................................................................................................................................... 32 十、裕度计算 ................................................................................................................................................. 33 十一、冬季因素考虑 ..................................................................................................................................... 33 十二、壳程接管 ............................................................................................................................................. 39 十三、管程接管 ............................................................................................................................................. 39 第四章 零件计算 ............................................................................................................................................. 40
第一节 壳体、管箱壳体和封头的设计 ................................................................................................. 40
1、壁厚的确定 ....................................................................................................................................... 40 2、封头 ................................................................................................................................................... 40 第二节 管板与换热管 ............................................................................................................................... 42
1、管板 ................................................................................................................................................... 42 2、换热管 ............................................................................................................................................... 43 第三节 进出口设计 ................................................................................................................................. 47
1、接管外伸长度 ................................................................................................................................... 47 2、接管与筒体、管箱壳体的连接 ....................................................................................................... 47 3、排气、排液管 ................................................................................................................................... 48 4、接管最小位置 ................................................................................................................................... 49 第四节 壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接 .............................................................................. 51
1、壳体与管板的连接结构 ................................................................................................................... 51 2、管板与法兰的连接 ........................................................................................................................... 52 3、管子与管板的连接 ........................................................................................................................... 54 第五节 折流板或支持板 ........................................................................................................................... 55
1、折流板型式 ....................................................................................................................................... 55 2、折流板尺寸 ....................................................................................................................................... 56 3、折流板的布置 ................................................................................................................................... 57 4、支持板 ............................................................................................................................................... 57 5、折流板质量计算 ............................................................................................................................... 57 第六节 防冲与导流 ................................................................................................................................... 58 第七节 拉杆与定距管 ............................................................................................................................... 58
1、拉杆的结构和尺寸 ........................................................................................................................... 58 2、拉杆的位置 ....................................................................................................................................... 59 3、定距管尺寸 ....................................................................................................................................... 59 第八节 防短路结构 ................................................................................................................................... 60
1、旁路挡板结构尺寸 ........................................................................................................................... 60 2、假管 ................................................................................................................................................... 60 第九节 膨胀节 ........................................................................................................................................... 61
1、膨胀节 ............................................................................................................................................... 61 2、膨胀节计算 ....................................................................................................................................... 62
第五章 管束振动计算 ....................................................................................................................................... 65
第一节 概述 ............................................................................................................................................... 65
1、流动诱发振动的三种基本情况 ....................................................................................................... 65 2、管子最可能破坏的区段 ................................................................................................................... 65 3、破坏机理 ........................................................................................................................................... 65 4、流动诱发振动机理 ........................................................................................................................... 65 5、横流下管束动力行为 ....................................................................................................................... 66 6、流体动力作用力 ............................................................................................................................... 66 第二节 流动诱发振动机理 ..................................................................................................................... 67
1、漩涡分离 ........................................................................................................................................... 67 2、湍流抖振 ........................................................................................................................................... 68 3、弹性不稳定性 ................................................................................................................................... 68 第三节 振动分析： ................................................................................................................................. 69
1、阻尼稳定性理论： ........................................................................................................................... 69 2、共振 ................................................................................................................................................... 69 3、横向载荷校核 ................................................................................................................................... 70 第四节 管束振动计算 ............................................................................................................................... 70
1、求斯特罗哈数 ................................................................................................................................... 71
2、求临界速度系数D ........................................................................................................................... 71 3、求临界状态时漩涡分离振频率与管子固有频率之比 .................................................................... 71 4、求临界状态时紊流抖动振频率与管子固有频率之比 .................................................................... 71
第六章 流程图 ................................................................................................................................................... 72
设计流程图 ..................................................................................................................................................... 72 工艺流程图 ..................................................................................................................................................... 73 第七章 结语 ....................................................................................................................................................... 74 第八章 致谢 ..................................................................................................................................................... 75 参考文献 ................................................................................................................................................................. 76