目录
一、设计任务 ..............................................................................................................................................3
1.1题目：空气压缩机后冷却器的设计 ...................................................................................3 1.2原始数据 ......................................................................................................................................3 1.3设计项目 ......................................................................................................................................3 1.4设计分量 ......................................................................................................................................3 二、确定设计方案 .....................................................................................................................................4
2.1冷却器选型..................................................................................................................................4 2.2流程流速的选择 ........................................................................................................................4 2.3流体进出口温度初步确定 ......................................................................................................5 2.4冷却器的安装方式 ....................................................................................................................5 2.5工艺流程图..................................................................................................................................5 三、工艺设计 ..............................................................................................................................................5
3.1计算总传热量 .............................................................................................................................5 3.2冷却剂的流量 .............................................................................................................................6 3.3换热器所需的管数 ....................................................................................................................6 3.4管子排列方式 .............................................................................................................................7 3.5管长及壳体大小 ........................................................................................................................7 3.6传热面积校正 .............................................................................................................................9 3.7传热面积的校核 ........................................................................................................................9 3.8压降校核 ................................................................................................................................... 13 四、结构设计 ........................................................................................................................................... 15
4.1管子在管板上的固定方法 ................................................................................................... 15 4.2管程分布与管子排列 ............................................................................................................ 15 4.3分程隔板的连接 ..................................................................................................................... 15 4.4管板与壳体的连接 ................................................................................................................. 15 4.5传热管与管板连接 ................................................................................................................. 16 4.6拉杆、定距管 .......................................................................................................................... 16 五、机械设计 ........................................................................................................................................... 16
5.1壳体尺寸 ................................................................................................................................... 16 5.2管板参数 ................................................................................................................................... 16 5.3折流板设计............................................................................................................................... 17 5.4接管与法兰............................................................................................................................... 17 5.5管箱设计 ................................................................................................................................... 19 5.6封头选择 ................................................................................................................................... 20 5.7支座设计 ................................................................................................................................... 20 六、附属设备选型 .................................................................................................................................. 21
6.1流量计 ........................................................................................................................................ 21 6.2温度计 ........................................................................................................................................ 21 6.3压力计 ........................................................................................................................................ 21 6.4阀门 ............................................................................................................................................ 21 七、设计结果一览表 ............................................................................................................................. 21
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设计结果汇总表 ............................................................................................................................. 22 八、设计体会 ........................................................................................................................................... 23 参考文献 .................................................................................................................................................... 24
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一、设计任务
1.1题目：空气压缩机后冷却器的设计 1.2原始数据 （1）空气
处理量：15m3/min，操作压强：1.5MPa（绝压） 空气进口温度：T1=140℃，终温：T2=40℃ （2）冷却剂：常温下的水
初温：27℃， 终温：33℃；温升△t=5-8℃ （3）管程压降＜1m水柱，壳程压降＜1m水柱
1.3设计项目
（1）确定设计方案。确定冷却器型式，流体流向和流速选择，冷却器的安装方式等。
（2）工艺设计：冷却器的工艺计算，确定冷却剂用量，传热系数，传热面积， 换热管长，管数，管间距，校对压降等。
（3）结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的 链接，管板和壳体的连接，折流挡板等。
（4）机械设计：确定壳体，管板壁的厚度尺寸，选择冷却器的封头、法兰、接 管法兰、支座等。 （5）附属设备选型。
1.4设计分量
（1）设计说明书一份，说明书内容见《传热传质过程设备设计》一书概论； （2）冷却器装配图（1号图纸）； （3）冷却器工艺流程图（A4）。
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二、确定设计方案
2.1冷却器选型 （1）固定管板式
固定管板式结构简单，使用压力较高，但只适 用壳体和管子的温度相差小于50℃的情况。可以清洗管程，但不能清洗壳程；为消除热应力可以采用膨胀圈补偿的方法，但不能用于壳程压力大于0.7MPa，以及温差大于70℃的情况固定管板式——补偿圈补偿 特点：结构简单，壳程检修和清洗困难. （2）浮头式——浮头补偿，适用管子和管板温度大于50℃的情况 特点：可完全消除热应力,便于清洗和检修,结构复杂。
（3）U型管式——U型管补偿，可以承受高压和两侧 流体温度相差大的情况，但由于管程清洗不方便，适用在管程走清洁流体的情况下。
综合以上分析，初选固定管板式换热器。
2.2流程流速的选择
管程和壳程流体的选择：热空气走管程，冷却水走壳程。空气和冷却水逆向流动换热。
依据原则：传热效果好，结构简单，清洗方便。
（1） 高压流体走管程，低压流体走壳程；可避免壳程受压，减少壳程金属消耗
量。
（2） 热空气走管内，可以提高空气流速增大其对流传热系数，因管内截面积较
小，而且管束易于采用多管程以增大流速。
（3） 对于刚性结构的换热器，若两流体温差较大，对流传热系数较大者宜走管
内，因壁温与对流传热系数较大者相近，故可减少热应力。
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2.3流体进出口温度初步确定
初定冷却水进出口温度分别为??1=27℃和??2=33℃，温差△??=6℃。
2.4冷却器的安装方式
根据现场要求及换热器的长径比来确定，采用卧式安装。
2.5工艺流程图 见图纸。
三、工艺设计
3.1计算总传热量 3.1.1物性参数确定
根据流体进出口温度确定各物性参数。 定性温度： 管程：??=壳程：??=
??1+??22??1+??22
==
140+40
227+332
=90℃
??=90℃
??=30℃
=30℃
查《化工原理（上册）》附录，可得：
物性 定性温度/℃ 空气 水 90 30 密度ρ (kg/m3) 14.39 996 比容cp (kJ/kg·℃) 1.009 4.174 粘度μ (Pa*s) 0.0000215 0.0008 导热系数λ (W/(m·℃)) 0.0317 0.6176 0.69 5.42 Pr 注：空气密度受压强影响较大，故需要校正。
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空气压缩机后冷却器的设计说明书-阳旭
