柴油原油換熱器設(shè)計(jì)說明書()

1、化工原理課程設(shè)計(jì)柴油換熱器設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)者：班級(jí)：過控132組長(zhǎng)：吳世杰成員：劉云杰李亞芳鄭仕業(yè)刁昌東王宇學(xué)生姓名：吳世杰日期：2015年9月4日指導(dǎo)教師：佟白目錄一.設(shè)計(jì)說明書3二設(shè)計(jì)條件及主要物性的確定31. 定性溫度的確定32. 流體有關(guān)物性3三. 確定設(shè)計(jì)方案41. 選擇換熱器的類型42. 流程安排4四. 估算傳熱面積41. 傳熱器的熱負(fù)荷42. 平均傳熱溫差43. 傳熱面積估算4五. 工程結(jié)構(gòu)尺寸51. 管徑和管內(nèi)流速52. 管程數(shù)和傳熱管數(shù)53. 平均傳熱溫差校正和殼程數(shù)54. 傳熱管排列和分程方法55. 殼程內(nèi)徑66. 折流板67. 其他附件68. 接管6六換熱器核算-71. 熱

2、流量核算7(1) 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)7(2) 管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)7(3) 污垢熱阻和管壁熱阻8(4) 傳熱系數(shù)k8(5) 傳熱面積裕度82. 壁溫核算93 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力9(1) 管程流動(dòng)阻力9(2) 殼程流動(dòng)阻力10七. 換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表11八. 設(shè)備參考數(shù)計(jì)算121.殼體壁厚122 接管法蘭123. 設(shè)備法蘭124. 封頭管箱125. 設(shè)備法蘭墊片(橡膠石棉板)126. 管法蘭用墊片137. 管板138. 支墊（鞍式支座）139. 設(shè)備參數(shù)總表13九. 設(shè)計(jì)總結(jié)15十.主要符號(hào)說明 16h-一.參考文獻(xiàn)17一. 設(shè)計(jì)說明書1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書和設(shè)計(jì)條件原油44000kg/

3、h由70。c被加熱到110。c與柴油換熱,柴油流量34000kg/h,柴油入 口溫度175° c,出口溫度127。己知兩則污垢熱阻為0. 0002 m2c/w,管程與殼程兩則降壓 小于或等于0. 3at,熱阻損失5%,初設(shè)k=250w/ m2 c。二. 設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)2.1設(shè)計(jì)條件由設(shè)計(jì)任務(wù)書可得設(shè)計(jì)條件如下表:體積流量 (標(biāo)準(zhǔn)kg/h)進(jìn)口溫度(°c)出口溫度(°c)操作壓力(mpa)設(shè)計(jì)壓力(mpa)柴油(管內(nèi))340001751271. 11. 2原油(管外)44000701100. 30.4注：要求設(shè)計(jì)的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設(shè)計(jì)壓力比

4、最大操作壓力略大，本設(shè) 計(jì)的設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力大0. impao2. 2確定主要物性數(shù)據(jù)2. 2.1定性溫度的確定根據(jù)流體力學(xué)(上)p177,公式(4-109),熱流量為qc= wccpxtl) xi. 05 =44000x2. 2x (148-42) xi. 05二 1. 13x106kj/h 二 1. 13x106 w管程柴油的定性溫度為175 + 1272_= 151 °c殼程原油的定性溫度為z2±u2 = 90 c22. 2. 2流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)根據(jù)由上面兩個(gè)定性溫度數(shù)據(jù)，查閱參考書町得原油和柴油的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法(公式為y = yb + (兒-幾)(仏-&

5、#174;)，可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。原油在90cc, 1.2mpa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:物性密度5(kg/m3)定壓比熱容cpikj/(kgq粘度u i (pa s)導(dǎo)熱系數(shù)入i (w m i 0c_1)原油8152.26. 65x10-30. 128柴油在151°c的物性數(shù)據(jù)如下:物性密度p。定壓比熱容cp°粘度-導(dǎo)熱系數(shù)入。(kg/m3)kj/(kg°c)j(pa s)°c_,)柴油7152. 480. 64x10 30. 133三、確定設(shè)計(jì)方案3. 1選擇換熱器的類型由于溫差較大和要便于清洗殼程污垢，對(duì)于油品換熱器，以采用fe系列的浮頭

6、式列管換熱器為宜。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(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高 傳熱效率。3. 2流程安排柴油溫度高，走管程課減少熱損失，原油黏度較大，走殼程在較低的re數(shù)時(shí)即可達(dá)到 湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。四、估算傳熱面積4.1熱流量2 = 1.13x106w4. 2平均傳熱溫差a+(175-110) + (127-70) “2_' -_ 二 (o°c, latm)=61°c2 24. 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)。初步設(shè)定設(shè)ki =250 wnr?xt。根據(jù)化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p44,公式3-8,則估算的傳熱

7、面積為ar'i =竺込74.1250x61五. 工程結(jié)構(gòu)尺寸51管徑和管內(nèi)流速選用（1）25x2. 5mm的傳熱管（碳鋼管）；由傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)p7表1 3得管殼 式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設(shè)空氣流速ui=lm/s,用ui計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后 進(jìn)行校核。5. 2管程數(shù)和傳熱管數(shù)依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p46,公式3-9可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程 傳熱管數(shù)兀24 di ui34000 7(715x3600)0.785 x0.022 xl=42 (根)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為74.13.14x0.025x4222.5 m按單管程設(shè)計(jì)， 管程數(shù)為傳熱管過長(zhǎng)，宜采用

8、多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)1= 7 m ,則該換熱器np=l / 1=22. 5/74 （管程）傳熱管總根數(shù)n = 42x4 二 168 (根)。2e27#2110-70110-70175-70=0. 3815. 3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p46,公式3-13a和3-13b, 平均傳熱溫差校正系數(shù)依傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)p16,公式3-13, 溫度校正系數(shù)為r-1inin-pl-pr2-p(l + r-jf +1)2-p(1 + /? + j/?2+i)v1.22 +11.2-11-0.3811-1.2x0.3812-0.381(1 + 1.2-jl.22+1)依傳熱傳

9、質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)p16,公式3-14,平均傳熱差校正為atm=a/ xatm =61x0. 92=56. 12( °c )由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0. 8,同時(shí)殼程流體流量較大，故収單殼程合適。e5.4傳熱管的排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按旋轉(zhuǎn)45°正四邊形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體 走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多 的管子。查化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p50,表3-7管間距，取管間距：t =1. 25d=l. 25x25=32 mm 0rtl化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p50,公式3-16,隔板中心到離其最近

10、一排管中心距離s二t/2+6二32/2+6二22 inni取各程相鄰管的管心距為44mmo5. 5殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7,由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p51,公 式3-20,得殼體內(nèi)徑為di 二 1. 05t7 二 1. 05x32x j168/0.7 二520 min ,圓整后取di =600mmo5. 6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二0.25x600二 150 inni ,故可取 h二 150 mm。取折流板間距 b=0. 3di,則 b=0. 3x600=180 mm。折流板數(shù)nb=傳熱管長(zhǎng)折流板間距7000

11、w-138 塊折流板圓缺而水平裝配。5. 7其他附件直徑為12mm的拉桿4根。58接管(1)殼程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)液體流速ul二0. 5m/s,4v 4x4400(/(3600x815) 195(m)加v 3.14x0.5圓整后取管內(nèi)直徑為200mm.(2)管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)液體流速u2=lm/s,d2 =j = .戶 34000/(3600 x 715) “邊腳)v3.14x1圓整后取管內(nèi)直徑為150伽六. 換熱器核算6.1熱量核算6. 1. 1殼程表面流傳熱系數(shù)対于圓缺形折流板，可采用克恩公式。由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p53,公式 3-22,得h0 = 0.36re055

12、 pr,/3()0j4dem w.其中： 粘度校正為(業(yè))°m二1.05mk 當(dāng)量直徑，管子為四邊形角形排列吋，依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p53,公 式323a得x -荻j&= =0 027 m 殼程流通截面積，由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p54,公式3-25,得/ do x0.0252so= bd(1- )=0. 18x0.6x (1-) =0. 023625 irtt0.032 殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為440007(3600x815)0.023625=0. 635 in/s815x0.635x0.02二；=15566.65x107 普朗特準(zhǔn)數(shù)(傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)

13、計(jì)p26,公式1-43)2.2"0、6.65><10-30.128=114. 29因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)h。為n 1 921h° = 0.36x- xl556)55xll43xl.o50.027=668 w/(m2 °c)6. 1. 2管程表面流傳熱系數(shù)ftl化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p55,公式3-22, 3-33,得hi = 0. 023reo,8pro,3-l%其中： 管程流通截面積2si = 0.785 x 0.022 x =0. 02637 m2422 管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為v. 34000 /(3600x715)/ui= =0.

14、5 m/ss,0.026376p lu di0.02x0.5x7150.64x10彳=11172>10000普蘭特準(zhǔn)數(shù)pr =2.48x103x0.64x100.133二 11. 93因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為hif。沖心燈山嘆腭罰c)6.1. 3污垢熱阻和管壁熱阻 冷卻水側(cè)的熱阻rso=0. 0002m2°cw_1 熱空氣側(cè)的熱阻rsi = 0. 0002m2°c 曠 碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入=50w m 1 °c 16. 1.4總傳熱系數(shù)ki因此，依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p53,公式3-211k-h +陽+加十瓦d. + hd.o？/i l1?525+

15、0. 0002+ 0.00005 x+ 0.0002 x 66822.52020x557.3解得：k“=236 w/ (n?匸)6.1. 5傳熱面積裕度依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p56,公式3-35： q得:si = qi/( k- atin) = '"x =78. 49 m2'236x61該換熱器的實(shí)際傳熱面積s°s尸加丿n廠二3. 14x0. 05x7x168=92.316 m2依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p56,公式3-36 該換熱器的面積裕度為sixl00%=92.3-78.49""78.49=17. 6%6. 2壁溫核算因管壁

16、很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p77, 公式3-42計(jì)算。由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱 管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，應(yīng) 按最不利的操作條件考慮。因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是按式3-42有1 / hc +1 / hh + rc + rh式中，冷流體的平均溫度s和熱流體的平均溫度人分別按化工單元過程及設(shè)備課程 設(shè)計(jì)p77,公式3-44、3-45計(jì)算tm=0. 4x175+0. 6x125=146°ct 尸 0.4x110+0.6x70 二 86°

17、che = ho = 668 w/ (m2 °c)hh = hi = 557w/ (m2 °c)傳熱管平均壁溫需+0.00。2+ 8 估+ 0.0002二 113.6°c1/668+1/557+ 0.0002+ 0.0002殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即t二90 °c 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 t二 113.6 90 =23.6 °c該溫差不大，不需要建立溫度補(bǔ)償裝置。6. 3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力(壓降)6. 3.1管程流動(dòng)阻力由心=11172,傳熱管相對(duì)粗超度為0.01,查莫狄圖得人=0.038,流速u二0.05m/s,p =

18、 115kg/w3sx侖(pa)= 26&125(pa)總壓降：lapi= (api+ap2) ftns np= (1188. 68+268. 125) xi. 5x1x4 = 8740pa < 9800 pa (符合設(shè)計(jì)要求)其中，n為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5；汕為串聯(lián)殼程數(shù)，取1；汕為管程數(shù)，取4。6. 32殼程流動(dòng)阻力：由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)p58,公式3-51,3-52,得： 流體橫過管束的壓降：也二說仏(叫=1)牛其中：f二0.4fo=5. 0x1556 o 228=0. 93587v疋=1.19碑=1.19x16 少=15.42nb=38u°二0. 63

19、5 m/spo=0. 4x0. 9358x 15. 42 x (38+1) x (815x0. 6352)/2 =36989 pa,2b p u 2 p，=nb (3. 5-)么d 22x018= 38x (3. 5 :) x (8 1 5 x 0 . 63 52)/2= 18 1 07pa0.6總壓降：eapo= ( pi +a p2) fs ns=(36989+18107) xi. 15x1= 63360. 4pa其中，fs為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)于液體取1.15；治為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。七. 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表參數(shù)管程殼程流量，kg/h3400044000物性操作溫度，&#

20、176;c175/12770/110定性溫度，°c15190流體密度,kg/m3715815定壓比熱容， kj/(kg.k)2.482.2黏度，pa.s0.64x1036.65x10"3傳熱系數(shù)，w/ (m2« °c)0.1330.128普朗特?cái)?shù)11.93114.2設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑，mm600殼程數(shù)1管徑，mm 25x2.5管心距，mm32管長(zhǎng)，mm7000管了排列正方形旋轉(zhuǎn)45°管數(shù)冃，根168折流板數(shù)38傳熱面積，加292.316折流板間距，mm180管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速，m/s0.50.634表面?zhèn)?/p>

21、熱系數(shù)，w/ (m2 °c)668557.3污垢系數(shù),m2-k/w0.00020.0002阻力降，pa0.00870.0633熱流量，kw1130傳熱溫差，k23.6傳熱系數(shù)，w/ (m2- °c)236裕度17.6八. 設(shè)備參數(shù)計(jì)算1. 殼體壁厚由po=1.6mpa, di=600mm,對(duì)殼體與管板采用單面焊，焊接接頭系數(shù)© = 0. 9,腐蝕裕度 c=lmm, <rl=112mpac pdi c 1.6x6003 =+c=+1 二5. 8mm2刃°一£2x112x0.9-1.6圓整后取8mm2. 接管法蘭dg管了平焊法蘭螺栓焊縫dhs

22、ddid2fbd量kg) umll z(x2數(shù) 量直徑kh1001084215180158326184.88m16563. 設(shè)備法蘭dg管子平焊法蘭螺栓焊縫dhsddid2fbd重量(kg)數(shù)直徑kh60063098407707205504180.320m3610114. 封頭管箱封頭：以外徑為公稱直徑的橢圓形封頭公稱直徑dg曲面高度hi直邊高度h2內(nèi)表而積f容積v (m3)600150400.4640.3965設(shè)備法蘭墊片(橡膠石棉板)公稱直徑dg墊片內(nèi)徑d公稱壓力f(m2)墊片外徑d600615166556. 管法蘭用墊片蘭ap 法m溫 質(zhì) 介度斗 米 材品 油6o20式 滑 光橡棉 油石

23、 耐膠板7. 管板管板厚度35mm,長(zhǎng)度300mm,材料為16mnro8. 支墊(鞍式支座)公稱直徑dg每個(gè)支 座允許 負(fù)荷tbilb1kibm重 量(kg)60036.81805501202604209022026.39. 設(shè)備參數(shù)總表序號(hào)圖號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱數(shù)量材料單重(kg)總量(kg)1lnq-001-3前瑞管箱1組合件84.52hg20592法蘭pl 100-1.0 rf2q235-b2.625.243gb8163-87接管108x5l=1602q235-b4lnq-001-2折流板29q235-a7.5217.55筒體dn 127x4.51q235-b2786lnq-001-2拉桿4q23

24、5-b4.216.87gb/t6170螺母m1684級(jí)0.040.328lnq-001-3法蘭12011879墊片642/0)6004石棉橡膠板0.3s 二310jb/t4701-2000法蘭-fm600-1.01q235-b40.811筒體dn600x8l=1401q235-b16.812jb/t4746-2002封頭 eha600x51q235-b1713gb/t14976換熱管 (d25x2.5,l=60001560crl8ni93.4530.414jb/t4712-92支座500-s2q235-a /q235-b26.315jb/4701-2000法蘭-fm500-1.01q235-b

25、29.516syj11-65墊片2橡膠板0150.317lnq-001-3防松吊耳2q235-b0.080.1618lnq-001-2管板116mnr6519gb/t6170螺母m201286級(jí)0.0648.220jb/t4707螺栓m20x150-a626.8級(jí)0.3320.46九. 設(shè)計(jì)總結(jié)兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，我們小組設(shè)計(jì)的是柴油原油 換熱器，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但我們卻從中學(xué)到了很多知識(shí)。加深和鞏固 了上學(xué)期所學(xué)的化工原理這雖然剛開始會(huì)感到無從下手，很多所學(xué)的知識(shí)也有些生疏。但通 過佟白老師的細(xì)心講解，我們大家共同合作，一起討論研究，通過一 周的翻閱資料，查找公式，設(shè)計(jì)計(jì)算,使我對(duì)換熱器有了進(jìn)一步的了解, 對(duì)傳熱的具體過程有了深刻的認(rèn)識(shí)尤其是從最初的無從下手到現(xiàn)在 的可根據(jù)傳熱的不同而選擇不同的換熱器另外，我對(duì)于換熱器的用途