原油預(yù)熱器設(shè)計

1、XXXXXXX 學(xué)院課程設(shè) 計課課 程程 名名 稱稱： ：化工原理化工原理課課程程設(shè)設(shè)計計題題目目： ：石油石油預(yù)熱預(yù)熱器器設(shè)計設(shè)計專專 業(yè)業(yè)： ：化學(xué)工化學(xué)工藝藝學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名： ：xxxx班班 級級： ：xxxxxxxx學(xué)號：學(xué)號：xxxxxxxx指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師姓姓名名： ：xxxx設(shè)設(shè)計計完完成成時時間間： ：2014 年年 12 月月 12 日日本科生課程設(shè)計第I頁化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：一、設(shè)計題目：石油預(yù)熱器設(shè)計二、設(shè)計條件：二、設(shè)計條件：1、處理能力：餾分46000 kg/h；石油 56000 kg/h；2、設(shè)備型式：標準列管換熱器；3

2、、操作條件：1) 原料油：入口溫度 70，出口溫度 110；餾分：入口溫度175；2) 允許壓強降：管、殼程壓強降小于 30kPa；4、物性參數(shù)：物性參數(shù)表物性參數(shù)表流體t，kg/m3，mPas石油平均溫度8156.65餾分平均溫度7150.64流體Cp，kJ/（kg） ，W/（m）r，kJ/kg石油2.20.128餾分2.480.133三、設(shè)計計算內(nèi)容：三、設(shè)計計算內(nèi)容：1、傳熱面積、換熱管根數(shù)；2、確定管束的排列方式、程數(shù)、折流板的規(guī)格和數(shù)量等；3、殼體的內(nèi)徑；4、冷、熱流體進、出口管徑；5、核算總傳熱系數(shù)；6、管殼程流體阻力校核。本科生課程設(shè)計第II頁四、設(shè)計成果：四、設(shè)計成果： 設(shè)計說

3、明書一份。五、設(shè)計時間五、設(shè)計時間一周。六、參考文獻六、參考文獻1 申迎華，郭曉剛化工原理課程設(shè)計 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：2 柴城敬化工原理課程設(shè)計指導(dǎo) 天津：天津大學(xué)出版社，1999：3 林大鈞，于傳浩，楊靜化工制圖 北京：高等教育出版社，2007：4 中國石化集團化工工藝設(shè)計手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：七、設(shè)計人：七、設(shè)計人：學(xué)號：xxxxxxxxxxx 姓名： xxxxx八、設(shè)計進程：八、設(shè)計進程：指導(dǎo)教師布置實踐題目 0.5 天設(shè)計方案確定 0.5 天工藝計算 2.0 天繪圖 0.5 天編寫實踐說明書 1.0 天答辯 0.5 天化學(xué)工程教研室2014 年 12 月

4、10 日本科生課程設(shè)計第1頁目錄目錄化工原理課程設(shè)計任務(wù)書.I1 概述.22 估算傳熱面積.32.1 熱流量.32.2 平均傳熱溫差.32.3 傳熱面積.33 選定換熱器的型號.43.1 換熱器初步確定.43.2 確定管數(shù)和管長.43.3 折流板.53.4 其他附件.53.5 接管.53.5.1 殼程流體進出口接管.53.5.2 管程流體進出口接管.53.6 數(shù)據(jù)核算.54 阻力損失的計算.74.1 管程.74.2 殼程.75 傳熱計算.95.1 管程給熱系數(shù).95.2 殼程給熱系數(shù).95.3 傳熱系數(shù).95.4 所需傳熱面積.9oA5.5 換熱器裕度.9設(shè)計結(jié)果匯總.10設(shè)計評述.11本科生

5、課程設(shè)計第2頁1 概述完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下條件：1 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件2 安全可靠3 有利安裝、操作與維修4 經(jīng)濟合理設(shè)計或選型時，如果幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標尤為重要。列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為 “浮頭” ，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高

6、（比固定管板高 20%） ，在運行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。本設(shè)計就是本科生課程設(shè)計第3頁2 估算傳熱面積估算傳熱面積2.1 熱流量W10369. 1)70110(2 . 256000)(61222ttcmQps2.2 平均傳熱溫差C132)()(112211121221pspspscmQTTttcmTTcmQC63.52)70132()110175(2)()(t1221mtTtT逆查表得0.92C5892. 05 .63ttmm逆2.3 傳熱面積由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。有機溶劑和輕油間進行換熱時的 K 大

7、致為12m W400120K初步設(shè)定設(shè)則估算的傳熱面積12im W250KK m 0 .939 .5825010369. 1t26miiKQA估本科生課程設(shè)計第4頁3 選定換熱器的型號選定換熱器的型號3.1 換熱器初步確定由于兩流體之間溫差較大同時為了便于清洗殼程污垢，對于油品換熱器，以采用浮頭式列管換熱器為宜。柴油溫度高，走管程可減少熱損失，原油黏度較大，走殼程在較低的 Re 數(shù)時即可達到湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。采用折流擋板，可使作為被冷卻的原油易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。3.2 確定管數(shù)和管長在決定管數(shù)和管長時，首先要確定管內(nèi)的流速 ui。柴油黏度小于 1 m

8、Pas為低黏油，查表得管內(nèi)流速范圍為 0.81.8ms-1。因管長可能較大（管程數(shù)較多） ，取 ui=1 ms-1。設(shè)所需單程管數(shù)為 n， 的管內(nèi)徑為mmmm5 . 2250.02m，根據(jù)管內(nèi)體積流量解得 57102. 04/)3600715/(46000422iiiudVn按單程管計算，所需的傳熱管長度為m7 .2057025. 014. 30 .93ndAlo若選用 4.5m 長的管，6 管程，則一臺換熱器的總管數(shù)為根。查342657附錄十九得相近浮頭式換熱器的主要參數(shù)見表 2-1表表 3-13-1 初選浮頭式換熱器的主要參數(shù)初選浮頭式換熱器的主要參數(shù)項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)殼徑 D(DN)管程數(shù)

9、pN管數(shù)n中心排管數(shù)cn管程流通面積iS900mm6426160.0223管尺寸管長 l管排列方式管心距傳熱面積mmmm5.2254.5正方形斜轉(zhuǎn) 45t=32mm145本科生課程設(shè)計第5頁3.3 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為 H=0.25900=225 mm ，故可取 h=150 mm。折流板間距一般在在 0.21D 之間。取折流板間距 h300mm，則：折流板板數(shù) 塊 14=13004500 =1hlNB折流板圓缺面水平裝配。3.4 其他附件直徑為 12mm 的拉桿 6 根。3.5 接管3.5.1 殼程流體進出口接管取接殼內(nèi)液體流速0.

10、5m/su20.221m5 . 014. 3)8153600/(560004411uvD圓整后取管mm11mm6 .2713.5.2 管程流體進出口接管 取接管內(nèi)液體流速1m/su2muvD151.0114.3)7153600/(460004422圓整后取管內(nèi)直徑為mmmm1 .106 .2203.6 數(shù)據(jù)核算每程的管數(shù)，716/426/1pNnn管程流通面積220.02231m71)02. 0)(4/(iS與查得的 0.0233很好符合。2m本科生課程設(shè)計第6頁傳熱面積比查得的 1452150.56m426025. 05 . 4ndlAo稍大，這是由于管長的一部分需用于在管板上固定管子。應(yīng)以

11、查得的 A=1452m為準。2m中心排管數(shù)，查得=16 似乎太小，暫按下式計算cncn2442619. 1cn3.7 管子在管板上的排列=900mm44mm32mm圖圖 3.1 管子在管板上的排列管子在管板上的排列本科生課程設(shè)計第7頁4 阻力損失的計算阻力損失的計算4.1 管程流速 1s801. 00223. 03600/3 .643600/mSvuiii雷諾數(shù) 17896.21064. 0715801. 0020. 0e3iiiii duR摩擦系數(shù) 取鋼管絕對粗糙度 mm1 . 0相對粗糙度 005. 020/1 . 0d/i根據(jù)查表得。17896.2eiR0.0385i管內(nèi)阻力損失 Pa

12、1986.7)2715 0.801(0.024.50.0385)2(p22iiiiiudi彎管阻力損失 Pa 688.0)2715 0.801(3)2(3p22iiru管程總損失 22467Pa1.411.4) 688.0 1986.7()pp(ppNsNtFirt4.2 殼程取折流擋板間距 0.3m計算截面積 20.09m)025. 0245 . 4(3 . 0)(ocodnDhS計算流速 1s 0.212109. 08153600/56000muo當量直徑 0.0272025. 0025. 0032. 04422eooddtd雷諾數(shù) 705.71065. 68152121. 0 0.027

13、2e3oeoooduR本科生課程設(shè)計第8頁摩擦系數(shù) 1.1208705.70 . 5Re0 . 50.228228. 0of折流擋板數(shù) 1413.05.41hlNB管束損失 Pa 3154.8)2815 0.2121(241.12084 . 0)2)(1(p221ooBcouNnFf缺口損失Pa07272815212109030253142253222 .) .().-.()u)(Dh.(NpooB殼程損失 Pa 4464.011.15) 727.0 3154.8()pp(p21sssNF核算下來，管程及殼程的阻力損失都不超過 30，適用。kPa本科生課程設(shè)計第9頁5 傳熱計算傳熱計算5.1

14、管程給熱系數(shù)93.11Priiipiuc 122.293.11 17896.2023. 03 . 00.8iNu12-m W812.4)020. 0133. 0(2 .122)(KdNuiiii5.2 殼程給熱系數(shù) 114.3Prooopouc現(xiàn)原油被加熱,大于 1,可取 1.05.)/(W 64.91.05114.3705.736. 0)/(PrRe36. 00.141/30.5514. 03/155. 0WooNu12-Km W332.1)025.0128.0(9.64o5.3 傳熱系數(shù)0.0054 332.1100058.0020.0025.000018.00.0200.025 812.

15、411)()(11ooioiioiorddrddK1-2Km186.8WoK5.4 所需傳熱面積oA26m 124.59.288.18610369.1mootKQA5.5 換熱器裕度%91.16%100124.5124.5-145.5%100AAAo與換熱器列出的面積 A=145.5,有 16.91%的裕度,從阻力損失和傳熱核算看,所選的換熱器適用.本科生課程設(shè)計第10頁設(shè)計結(jié)果匯總設(shè)計結(jié)果匯總名稱管程殼程換熱器型式浮頭式列管換熱器使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格mmmm5 . 225管數(shù) 根426管長 mm4500管間距 mm32中心排管數(shù) nc25管子排列方式正方形斜轉(zhuǎn) 45折流擋板型式弓形折流擋板間距 mm300折流擋板切口高度25%殼體內(nèi)徑 mm900程數(shù)61流通面積 m20.02230.1傳熱面積 m2145.5物料名稱餾分石油操作溫度 （進/出）175/13270/110流量 kg/h4600056000流速 m/s0.8010.212熱負荷 kw1369流體流動形式逆流對流傳熱系數(shù) w/m2k812.4 332.1 總傳熱系數(shù) w/m2k186.8裕度16.91 %壓力降 Pa22467 4464.0 本科生課程設(shè)計第11頁設(shè)計評述設(shè)計評述設(shè)備使用常規(guī)的換熱管，采用