U型管換熱器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2

1、U型管換熱器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目U 型管換熱器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí) 建環(huán) 1001 學(xué)生 xxxxx 學(xué) 號(hào) xxxxxx 指導(dǎo)教師xxxxx日 期2013.5.4一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（換熱器的設(shè)計(jì)）（一）設(shè)計(jì)題目：煤油冷卻器的設(shè)計(jì)（二）設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件：1. 處理能力： 15 萬(wàn)噸/年煤油2. 設(shè)備型式：列管式換熱器3. 操作條件：（ 1） 煤油入口溫度 125，出口溫度 40；（ 2） 冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度 25，出口溫度 45；（ 3） 允許壓強(qiáng)降不大于 105Pa;（ 4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度為 825kg/m3；粘度為：7.15 10-4Pa.S;比熱容為： 2.2

2、2kJ/（kg. ）；導(dǎo)熱系數(shù)為：0.14W/（ m. ）（5） 每年按 330天計(jì)，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。（三）設(shè)計(jì)項(xiàng)目1 傳熱計(jì)算2 管、殼程數(shù)的確定及管、殼程流體阻力計(jì)算3 管板厚度計(jì)算4 U 形膨脹節(jié)計(jì)算（浮頭式換熱器除外）5 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)（四）繪制換熱器裝配圖（ A2 圖紙）二、換熱器的選用換熱器的選用 （ 即選型 ） 的過(guò)程大體如下 , 具體計(jì)算可參看列管式換熱器設(shè) 計(jì)中有關(guān)容。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷 Q。 按所選定的流動(dòng)方式 , 計(jì)算出平均溫度差 （ 推動(dòng)力 ） tm 及查出溫差校 正系數(shù) ?。若? 0.8 ，可行。所以修正后的傳熱溫度差為 tm= t

3、m =0.81x38.83=31.45( )3.4 初步選型3.4.1 傳熱面積假設(shè) K=300W/(m2 K), 則估算面積為：A=Q/(Kmt)=992.7 103/(300 31.45)=105.2(m 2)3.4.2 管徑和管流速換熱管選用碳鋼管 252.5 mm，取管流速 u= 1.0m/s3.4.3 管程數(shù)和傳熱管數(shù)換熱管選用普通無(wú)縫鋼管 252.5mm，管徑d=0.025-2x0.0025=0.02m ，于是單程管根數(shù) n 為n Vdi2ui4=37.9842676.4 / 9940.785 0.022 1.0 3600取 n=38 根按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為：Ad0n1

4、03.33.14 0.025 38=35.2m3.4.4 初選換熱器類(lèi)型與型號(hào)由于 Tm-tm=( 125+40)/2-(45+25)/2= 47.5( )50( ), 兩流體間的溫差不大，不需要溫度補(bǔ)償；但是為了便于殼程污垢清洗，以采用固定管板式列管換熱器為宜，且初步選定的具體型號(hào)為 G600VI-1.0-100G600VI-1.0-100 的具體參數(shù)殼徑 /mm600管子尺寸252.5 mm公稱(chēng)壓力 /1MPa管長(zhǎng) /m6公稱(chēng)傳熱面積 / 100管子總數(shù)216管程數(shù)6管子排列方式正三角形殼程數(shù)1折流擋板形式弓形折流板3.4.5 傳熱管排列和分程方法按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)

5、， 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)為 l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為：NP=L/l=35.2/6=6 ；傳熱管總根數(shù)： NT=386=228(根)采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距 t=1.25d 0，則 t=1.25 25=31.25 32(mm)橫過(guò)管束中心線的管數(shù)N c=1.1 N=1.1 228 =17根3.4.6 殼體徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 0.7 ，則殼體徑為1.05t NT 1.05 32 228 =606.4mm圓整可取 D=600m。m3.4.7 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的25，則切去的

6、圓缺高度為 h0.25 600=150(mm)。折流板間距 B=0.4D,則 B=0.4600=240mm。折流板數(shù) NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距 -1=6000/240-1=24( 塊) 折流板圓缺面水平裝配3.4.7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管煤油流速為 u1.0m/s ，則接管徑為：4 18939.4D1= 4V(3600 825) 0.090 (m)，圓整后可取管徑為 90mm。u13.14 1.0管程流體進(jìn)出口接管：取接管循環(huán)水流速 u1.5 m/s ，則接管徑為4 42676.4D2(3600 994) 0.101(m)=100mm。3.14 1.54. 換熱器的核算4.1 熱流

7、量核算4.1.1 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；0.14 o用克恩法計(jì)算：。 0.55 10.36Re00.55 Pr 3do當(dāng)量直徑，由正三角排列得：de=4( 3t24 d0 )4 ( 3 0.0322220.785 0.0252 )d03.14 0.0250.020 m殼程流通截面積：S0 BD(1 dt0) 0.24 0.6(1 00.003252) =0.0315(m2)殼程中煤油流體流速及其雷諾數(shù)分別為：u0=V0/A=18939.4(3600 825)0.03150.202 (m/s)Re0=deuo0.020 0.202 8250.000715=4661.536普朗特?cái)?shù)： Pr= 2.22

8、 10 715 10 11.34；0.1400.14粘度校正： 1w0= 0.36 0.140 4661.50.55 11.3413 =589.7W/(m2K) 0.024.1.2 管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：i 0.023 i Re0.8 Rr 0.4 di管程流體流通截面積： Si=0.7850.022216/6=0.0113 （m2） 管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：42676 .4 /（3600 994）ui =1.055（m/s）0.0113Rei=0.02 1.055 994 =28849.20.000727普朗特?cái)?shù)： Pr= 4.18 103 727 10 6 4.850.626i =0.02

9、3 0.626 28849.20.8 4.850.4 =5008.1W/ （m2K） 0.024.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻查有關(guān)文獻(xiàn)知可取：管外側(cè)污垢熱阻 R 0=0.00017 m2 K/W 管側(cè)污垢熱阻 R i =0.00034 m2 K/W5.1.4 計(jì)算傳熱系數(shù) K（忽略管壁熱阻） ：1Ko 1 Rsobdo dodm idi RsidodiKo=1589.70.000340.0250.0200.02505008.1 0.020=3940.00017計(jì)算傳熱面積 AC:32A C=Q/（K C tm）=992.7 103/ （39431.45）=80.11（m2） 該換熱器的實(shí)際傳熱

10、面積 A：2A= d0 l NT =3.14 0.025 6（228-17）=99.38（m2）5.1.5 該 換 熱 器 的 面 積 裕 度 為 ： H= A AC 100%= 99.38 80.11 AC80.11100%=24.05%為了保證換熱器的可靠性 , 一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于 15%25%。滿(mǎn) 足此要求 , 所設(shè)計(jì)的換熱器較為合適傳熱面積裕度合適， 該換熱器能夠完成 生產(chǎn)任務(wù)。5.2 換熱器流體的流動(dòng)阻力5.2.1 管程流體阻力計(jì)算公式如下： Pt =（ Pi +Pr）NSNpFS;N S=1, N p=6，F(xiàn)S=1.5;lu2Pi = i l u 。由 Re=28849.

11、2，傳熱管相對(duì)粗糙度 0.1/20=0.005 ， i di 2莫狄圖（下圖）得 i =0.0338，流速 u=1.055m/s ， =994kg/m3，故 22Pi= i l ui i =0.0338 6 994 1.055 =5609.18 （ Pa）；i di 2 i0.02 222Pr = u 3 994 1.055 =1573（Pa）22 Pt（PiPr）Fs Ns=（5609.18+1573）61.5=64639.62 （Pa）105 P a管程流體阻力在允許圍5.2.2 殼程阻力公式有： PS=（ P0+Pi ）FSNS其中 F S=1.15 ；NS=1 ；2 P0= Ff 0N

12、TC（NB+1） u0 ;又 F=0.5,f 0=5Reo-0.228 =54661.5 -0.228 =0.729, Nc=1.1 N T0.5 =1.1 2280.5=17N B=24;u 0=0.202m/s則流體流經(jīng)管束的阻力：2 u2 P0=Ff 0Nc（NB+1） u0 =0.50.72917（24+1）8250.2022/2 2607.43 （Pa）流體流過(guò)折流板缺口的阻力2 Pi =NB（3.5-2B/D） u0 , 其中 B=0.24m; D=0.6m ；故2 Pi =24（ 3.5-2 0.24/0.6 ） 8250.202 2 /2 1090.69（Pa），則總阻力：5

13、PS=P0+Pi=2607.43+1090.69=3698.12 （Pa）105 P a。故殼程流體的阻力也適宜。綜上所訴，該換熱器管程與殼程的壓力降均小于允許壓降 100KPa，均符合要求，所以設(shè)計(jì)的換熱器符合條件四、設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)一覽表?yè)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表參數(shù)管程殼程流率 /（kg/h）42676.418939.4進(jìn)/出溫度 /25/45125/40定性溫度 /3582.5密度/（ kg/m3）994825物定壓比熱容 / （kJ/（kgK）4.182.22性粘度（/ Pas）0.0007270.000715熱導(dǎo)率 /w/（mK）0.6260.140普朗特?cái)?shù)4.8511.34設(shè)

14、形式固定管板式臺(tái)數(shù)1備殼體徑 /mm600殼程數(shù)1結(jié)管徑 /mm252.5管心距 /mm32構(gòu)管長(zhǎng) /mm6000管子排列參管數(shù)目/根216折流板數(shù) /個(gè)24數(shù)傳熱面積 /m2100.0折流板間距 /mm240管程數(shù)6材質(zhì) 碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.0550.202表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) /w/（ m2K）5008.1589.7污垢阻力 /（w/m2 K）0.000340.00017阻力/MPa0.060.0056熱流量 /kW992.7傳熱溫差 /31.45傳熱系數(shù) /w/ （m2K）394裕度/%24.05五、輔助設(shè)備的計(jì)算和選型5.1 封頭（JB T4729 _94）標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封

15、頭的幾何形狀如附圖 1 所示。形成這種封頭的母線是由 1 4 橢圓線和平行于回轉(zhuǎn)軸的短直線光滑連接而成 , 故它由半個(gè)橢圓球和一個(gè) 高度為 h0 的圓柱短節(jié) （稱(chēng)它為封頭的直邊部分 ）構(gòu)成。附表 1 所列橢圓封頭 尺寸與質(zhì)量 , 摘自 JB T4729 _94 標(biāo)準(zhǔn)。附圖 1 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭橢圓封頭尺寸與質(zhì)量 (摘自 JB T4729 _94)5.2 壓力容器法蘭 ( TB470292 )壓力容器法蘭 ( TB470292 )的類(lèi)型有甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸 對(duì)焊法蘭。 用于不銹鋼容器時(shí) , 法蘭端面焊有不銹鋼襯環(huán)。 就法蘭的密封面 來(lái)說(shuō) , 又有平密封面、凹凸密封面和榫槽密封面之分。

16、5.3 鞍式支座 (JB T4712 - 92)臥式容器的支座常用鞍式支座 , 簡(jiǎn)稱(chēng)鞍座。它是由底板、腹板、筋板和墊板 四種板組焊而成的焊制鞍座 ; 或其中腹板與底板由同一塊鋼板彎制的彎制 鞍座.這次設(shè)計(jì)采用重型彎制鞍座。DN500900 鞍座尺寸 (JB T471292) mmDN500 900mm 的型鞍式支座DN500900mm 的型彎制鞍式支座5.4 管板焊接管板的最小厚度取決于焊接工藝及管板焊接變形的要求 , 對(duì)于固定管 板式換熱器的管板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1 _12 , 主要尺寸見(jiàn)表 1 _12。5.5 拉桿與定距管 折流板的安裝固定是通過(guò)拉桿和定距管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆帶有 螺紋的長(zhǎng)

17、桿 , 一端擰入管板 , 折流板就穿在拉桿上 , 各板之間則以套在拉桿 上的定距管來(lái)保持板間距離 , 最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊 固。拉桿直徑及數(shù)量可依換熱器殼體直徑選定 , 各種尺寸換熱器的拉桿直徑 和拉桿數(shù), 可參考表 1 _17 選取。定距管通常采用與換熱管材料、直徑相 同的管子。5.6 折流板安裝折流板的目的 , 是為了加大殼程流體的湍流速度 , 使湍流程度加劇 , 提 高殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。在臥式換熱器中折流板還起到支承管束的作 用。常用折流板有弓形 （ 或稱(chēng)圓缺形 ）和圓盤(pán)圓環(huán)形兩種。弓形折流板結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 , 性能優(yōu)良 ,在實(shí)際中最為常用。折流板直徑 Dc 取決于它

18、與殼體之 間間隙的大小。 間隙過(guò)大時(shí) , 流體由間隙流過(guò)而根本不與換熱器接觸 ; 間隙 過(guò)小時(shí)又會(huì)引起制造和安裝上的困難。 折流板直徑 Dc 與殼體直徑 Di 間的 間隙可依表 1 _13 中所列數(shù)值選定。六、設(shè)計(jì)評(píng)述本次化工課程設(shè)計(jì)是對(duì)列管式換熱器的設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、 上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本列管式換熱器的設(shè)計(jì)可以說(shuō)基本完成 了。一開(kāi)始接到這個(gè)任務(wù)很迷茫，因?yàn)楸緛?lái)對(duì)換熱器的設(shè)計(jì)這個(gè)概念就不清楚，而且對(duì)于畫(huà)圖一直也是我的弱項(xiàng)，所以心情很浮躁，過(guò)去了幾天還是毫無(wú)頭緒。后來(lái)在答疑課上借到了上屆的作業(yè)，開(kāi)始一步一步地研究。課程設(shè)計(jì)需要學(xué)生自己做出決策，自己確定實(shí)驗(yàn)方案、選擇流程、查

19、取資料、進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備的計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè) 計(jì)是增強(qiáng)工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。換熱器的設(shè)計(jì)主要是核算比較麻煩，而且計(jì)算時(shí)遇到很多麻煩，關(guān)于管程殼徑等概念很模糊，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的麻煩很多，也正是因?yàn)檫@樣，我開(kāi)始不斷地查閱資料問(wèn)問(wèn)題，突然間覺(jué)得自己雖然學(xué)過(guò)這些知識(shí)，但是還是有很多的疑問(wèn)。也正是因?yàn)椴粩嗟匕l(fā)現(xiàn)問(wèn)題分析問(wèn)題解決問(wèn)題，才提 高自己的理解和學(xué)習(xí)能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我了解了換熱器的工藝流程，知道了各種換熱器的優(yōu)缺 點(diǎn)，通過(guò) 一次次地計(jì)算， 對(duì)于換熱器的型號(hào)的選擇依據(jù)有了更深刻的理解。第二周開(kāi)始作圖，一開(kāi)始面對(duì) A1 的紙卻不敢下筆，不敢畫(huà)頁(yè)不知道該 怎么畫(huà)，于是先畫(huà)了個(gè)邊框，接著在圖書(shū)館找了一下午資料，才知道自己 知道的只是冰山一角，第二天在宿舍呆了一天去查法蘭還有支座的尺寸和 型號(hào)。在畫(huà)圖的時(shí)候一邊畫(huà)一邊問(wèn)，在大家的討論中明白了很多，也找出 了自己很多的錯(cuò)誤。雖然現(xiàn)在自己的說(shuō)明