论文总字数：14946字

摘 要

热交换器是现代化工行业的常用设备，如何提高热交换器的传热性能一直是该行业追求的目标。本课题完成了馏分水冷器的设计,并分别选用了圆管和椭圆管两种不同截面形式的换热管。通过对采用不同形式换热管的馏分水冷器的传热性能、压力降及经济性对比，获得了基于两种不同换热管的馏分水冷器传热性能的优劣。在相同的工艺条件与设计参数下，本文进行了圆管和椭圆管馏分水冷器的传热计算、结构设计和强度校核计算。分析表明，采用椭圆管较之圆管馏分水冷器具有更加优越的传热性能和更加低的壳程介质的阻力损失。因此对于馏分水冷器采用椭圆管作为换热管具有明显的优势，技术经济指标更优。

关键词：圆管，椭圆管，馏分，水冷器

The comparision designing of water cooler of distillate with circular tube and elliptical tube

ABSTRACT

Heat exchanger is the common equipment of chemical industry. contemporary Improving the heat transfer performance of heat exchanger is always a goal Industrial The design of the water cooler has been completed and two heat exchange tubes have been selected in this paper. Different parts, circular and elliptical tubes Dell According to the comparison of heat transfer performance, pressure drop performance and economy of different types of heat exchanger, the advantages and disadvantages of the two kinds of heat exchanger are obtained heat The same conditions of treatment According to the same design parameters, the heat transfer calculation is carried out, Structural design calculation and strength control calculation for circular tube and elliptical cooler water Therefore, the elliptical tube has good heat transfer performance, and the resistance loss of the shell side medium is better than that of the shell side medium. Notice Therefore, using oval tube as water distribution cooler has obvious advantages, and has good technical and economic indicators.

Key Words: circular tube,elliptical tube,distillate,water cooler

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2研究意义 1

1.3换热器研究现状 2

1.3.1换热器研究现状 2

1.3.2本次课题研究特点 3

1.4研究内容 3

1.5研究方法 3

第二章 热交换器设计参数 4

2.1设计参数 4

2.2物性参数 4

2.2.1壳程物性参数 5

2.2.2管程物性参数 5

2.3换热器形式 5

第三章 结构计算 6

3.1换热管结构尺寸设计 6

3.1.1换热管尺寸 6

3.1.1.1圆管尺寸 6

3.1.2布管 6

3.2筒体 7

3.3布管限定圆 7

3.4管箱 8

3.4.1管箱形式 8

3.4.2管箱圆筒节 8

3.5折流板 8

3.5.1折流板选型 8

3.5.2折流板间距 8

3.5.3折流板数量 8

3.6拉杆和定距管 9

3.6.1拉杆结构 9

3.6.2拉杆布置 9

3.6.3定距管尺寸 9

3.7接管及接管法兰 9

3.7.1流速确定 9

3.7.2接管及其法兰的选择 10

3.8筒体 10

3.9封头 10

3.10管箱短节厚度计算 11

3.11管箱圆筒节厚度 11

3.12管箱法兰 11

3.12.1管箱法兰选型 11

3.12.2法兰垫片 12

3.12.3螺栓选型 12

3.13固定管板 13

3.14支座 13

第四章 强度校核 14

4.1筒体工作压力校核 14

4.2封头工作压力校核 14

4.3温差应力及管子拉脱力 14

4.3.1温差应力 14

4.3.2 管子拉脱力计算 16

4.4开孔补强 16

4.4.1壳程开孔补强 16

4.4.2管程开孔补强 18

第五章 经济核算 21

5.1成本构成 21

5.2材料成本 21

5.2.1选材 21

5.2.2计算 21

5.3加工成本 21

5.4改进方案 22

5.4.1材料 22

5.4.2制造及运输 22

第六章 总结 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1前言

中国，地处亚洲东部，地大物博。我国作为世界上最大的发展中国家，充分利用了这一优势，形成了以第一产业为主的经济结构。而石油产业作为第一产业中的重头，其重要性自然是不言而喻。我们可从石油中提取出汽油、柴油、重油、沥青等与我们生活中密切相关的产品和原材料^[1]。而提取的手段一般是通过对石油进行催化裂解后将其中各组分根据沸点不同的特性采用蒸馏的方法进行分离再进一步冷却得到的，这些不同的组分我们称之为馏分。蒸馏出来的馏分要通过冷却器进行冷却才能收集后进行进一步的加工提炼。

本课题探讨的就是C6、C7馏分的冷却器对比设计。冷却器是热交换器的一种，通常以冷却水为介质将热流体的热量交换出来以使得热流体由高温冷却成低温的设备。当前的大多数热交换器是管式热交换器。根据管式换热器的横截面形状，通常将管式热交换器分为圆管式热交换器和椭圆形管式热交换器。但是最后，圆管热交换器和椭圆管热交换器在不同的地方使用。圆管式热交换器具有良好的热交换和简单的制造工艺的优点。其综合技术性能和经济指标究竟孰优孰劣，一直没有一个定论。尤其是在相同条件下以C6、C7馏分热介质的水冷器在这方面的对比设计研究报告很少。为此以换热管截面形状（椭圆管和圆形管）为被控主要变量开展C6、C7馏分水冷器的对比设计就具有重要的实用价值。

1.2研究意义

通过对换热管形式的对比设计，可以在实际生产中对于不同热交换器类型换热管形式的选择上起到一定的参考作用，从而达到较高的换热效率以及较低的成本。简单的来说，圆管式热交换器具有换热效果好、制造工艺简单等优点。然而实践证明，与圆管相比，椭圆管的特点是绕流摩擦阻力小，相比同一截面积传热面积，有利于传热和结构紧凑。如何增强热交换并减小流体动力摩擦阻力的实际作用是当前增强热交换技术发展趋势的根本。因此，高效低阻的换热组件开发设计和科学研究具有重要的现实意义。改变管壳式热交换器的传热管形状是强化热交换器换热效果的重要手段^[2]。目前市面上的热交换器大多采用的是圆管和扁管，故而绝大多数研究也是针对圆管和扁管的，但是对于椭圆形管的研究却少之又少。然而不能忽视的是，椭圆形管确实具有圆管所不具备的长处。随着逐渐深入研究各种异型管的性能，在许多应用场合中，传统的圆形管已被更高品质的异型管所取代。其中，椭圆管热交换器由于其流线型的管结构而大大降低了流动性的摩擦阻力。它还可以增强热传递，并具有出色的热传递和低阻力特性。所以，显而易见的是对椭圆管热交换器的性能研究是相当有必要的^[3]。

1.3换热器研究现状

1.3.1换热器研究现状

（1）传热性能研究

在王玉琴等人的研究中，利用固定参数的实验方法对椭圆管换热器和螺旋折流板换热器以及弓形折流板换热器进行了一系列的对比研究。通过实验得出了椭圆管换热器在相同条件下，其壳程传热系数远高于弓形折流板换热器以及螺旋折流板换热器^[4]。

（2）吴私、李春兰、王森等人在研究中通过圆形光滑管、椭圆管、扭曲扁管的传热性能对比研究，系统地测试了椭圆管式换热器的传热性能及流阻性能。得出了椭圆形换热器在综合性能方面相比弓形折流板和螺旋折流板而言更为出色的结论^[5]。

（3）在黄炎的研究中具体阐述了当热交换器管板为椭圆形时各部分组件的应力计算方法^[6]。

（4）在赵兰萍、杨志刚的研究中具体阐述了管间距对矩形翅片椭圆管换热管束性能的影响。通过研究，得出了管间距越小其综合性能越好的结论^[7]。

1.3.2本次课题研究特点

在之前的研究中，虽然也有针对圆管椭圆管传热性能的对比研究，但缺乏具体问题具体分析。本课题专门针对壳程介质为C6、C7的热交换器进行圆管椭圆管的对比设计。由于C6、C7不易清洗、较粘稠等特点，所以之前椭圆管所具有的优势是否还能发挥出来这一点是有研究价值的。

1.4研究内容

此次研究内容为对比出不同换热管的情况下对C6、C7馏分的冷却性能，进行一系列的结构计算、强度校核等进行设计。并结合加工难度，经济成本等因素对热交换器中的换热管进行甄选。分别对比两种换热管形式热交换器的传热性能。

1.5研究方法

此次研究的方法具体为：用控制变量法对圆管、椭圆管进行一系列的理论设计、热力计算等。

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