U型管換熱器課程設(shè)計(jì)說明書

1、專業(yè)U 型管換熱器課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目_U型管換熱器設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)建環(huán)1001學(xué)生姓名XXXXX學(xué) 號(hào)XXXXXX指導(dǎo)教師XXXXX日 期2013.5.4中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠1 1一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(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125C,出口溫度40C;(2)冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度25C,出口溫度45C;(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：7.15x10-

2、4Pa.S;比熱容為：2.22kJ/(kg.C)；導(dǎo)熱系數(shù)為:0.14W/(m.C)(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)算中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠2 24 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)內(nèi)容。1根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷Q。2按所選定的流動(dòng)方式，計(jì)算出平均溫度差（推動(dòng)力）Hm及查出溫差校正系數(shù)0.8，可行。所以修正后的

3、傳熱溫度差為tm=Ztm=0.81x38.83=31.45(C)3.4初步選型tmtlt2(125 45) (40 25)ln402538.83(C)中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠7 73.4.1傳熱面積中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠8 8假設(shè)K=300W/(m2K),則估算面積為：A=Q/(Kxt)=992.7x103/(300 x31.45)=105.2(m2)3.4.2管徑和管內(nèi)流速換熱管選用碳鋼管 巾25x2.5nm，取管內(nèi)流速u= 1.0m/s 3.4.3管程數(shù)和傳熱管數(shù)換熱管選用普通無縫鋼管 巾25x2.5nm,管內(nèi)徑d=0.025-

4、2x0.0025=0.02m，于是單程管根數(shù)n為42676.4/9940.785 0.0221.0 3600取n=38根按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為:3.4.4初選換熱器類型與型號(hào)由于Tm-tm二(125+40)/2-(45+25)/2= 47.5(C)50(C),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管子尺寸巾25x2.5mm公稱壓力/1MPa管長/m6公稱傳熱面積/ m2100管子總數(shù)216管程數(shù)6管子排列方式正三角形n亠di2

5、Ui4=37.98Adn103.33.14 0.025 38=35.2m中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠9 9殼程數(shù)1折流擋板形式弓形折流板345傳熱管排列和分程方法按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，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)取傳熱管長為l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為:Np二L/l=35.2/6=6;傳熱管總根數(shù)：NT=38X6=228（根）采用組合排列法，即每程內(nèi)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,則t=1.25X25=31.2532（mm橫過管束中心線的管數(shù)Nc= 1.1N=1.1228=17根3.4.6殼體內(nèi)徑采用

6、多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7，則殼體內(nèi)徑為圓整可取D=600mm。347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=0.25X600=150（mm）。折流板間距B=0.4D,則B=0.4X600=240mm。折流板數(shù)NB二傳熱管長/折流板間距-1=6000/240-仁24（塊）折流板圓缺面水平裝配中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠10103.4.7接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為u=1.0m/s，則接管內(nèi)徑為：中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠11114 18939.4一3.13；00且.090（m

7、），圓整后可取管內(nèi)徑為90mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為4 42676.43.14(3；0g0.101(m)=100mm。4換熱器的核算4.1熱流量核算4.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);用克恩法計(jì)算:-：；3224 (0.03220.785 0.0252)20.020m3.14 0.025殼程流通截面積:。0.55000.36Rejipr3do0.14o當(dāng)量直徑,由正三角排列得:D1= .ID24(迢2de=2汕2）d。中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠1212plS0BD(1 *) 0.2406(1器網(wǎng)0315(m2)殼程中煤油流體

8、流速及其雷諾數(shù)分別為:18939.4U0=V0/A=(36025)0.202(m/s)0.0315825=4661.5普朗特?cái)?shù)：QO2.22 10715 10Pr=11.34;0.140Re=deuo=0.020 0.20200.000715中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠13130.14粘度校正：一1wa0=0.3601404661.50.5511.3413=589.7W/(m2K)0.024.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：i0.023Re0.8Rr0.4di管程流體流通截面積：S=0.785x0.022X216/6=0.0113(m2)管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:Re_0

9、.02 1.055 994=28849.20.000727普朗特?cái)?shù)：p/181037271064.850.626i=0.023x器28849.2084.850.4=5008-1W/(m2K)4.1.3污垢熱阻和管壁熱阻查有關(guān)文獻(xiàn)知可取:Ro=0.00017 m2K/WRi=0.00034 m2K/W5.1.4計(jì)算傳熱系數(shù)K（忽略管壁熱阻）：計(jì)算傳熱面積Ac：Ui=42676.4/(3600 994)0.0113=1.055(m/s)管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻+RsidodiKo=0.000340.0250.0200.02505008.1 0.020-=3940.00017bd+dodmaid

10、i1589.7中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠1414Ac=Q/(Kcxtm)=992.7x103/(394x31.45)=80.11(m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面積A:A=dolNT=3.14x0.025x6X(228-17)=99.38(m2)5.1.5該換熱器的面積裕度為：H=x100%=99.38 80.11xAC80.11100%=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 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換熱器內(nèi)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=(R+

11、Pr)NsNpFs；Ns=1, Np=6,FS=1.5;l2Pi=i-。由Re=28849.2，傳熱管相對(duì)粗糙度0.1/20=0.005,di2莫狄圖(下圖)得 嚴(yán)0.0338，流速u=1.055m/s,p=994kg/m3,故 2 2Pi=i-u i=0.0338 994 1.055=5609.18(Pa)；di20.0222 2Pr= 3994 1.055=1573(Pa)2 2Pt= (Pi+APr)Fs Ns=(5609.18+1573) x6x1.5=64639.62(Pa)105Pa管程流體阻力在允許范圍內(nèi)中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠1515圖12牌按系數(shù)

12、兄與事諾救R及相対超耘挾紂的戔熱522殼程阻力公式有：PS=(Po+Pi)FsNs其中Fs=1.15；Ns=1；2Po= FfoNTC(NB+ 1)出；2又F=0.5,f0=5Reo-0.228=5X4661.5-0.228=0.729, Nc=1.1 NT0.5= 1.1X2280.5= 17NB=24;u0=0.202m/s則流體流經(jīng)管束的阻力：0.09一雋金1I r i i ? i r iIL-ntefEtf中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠16162P。二FfNc(NB+1)旦=0.5X0.729X17X (24+1) X825X0.2022/222607.43(P

13、a)流體流過折流板缺口的阻力2Pi=NB(3.5-2B/D) 匕，其中B=0.24m;D=0.6m;故2Pi=24X(3.5-2X0.24/0.6) X825X0.2022/21090.69(Pa),則總阻力：PS=P+R=2607.43+1090.69=3698.12(Pa)105Pa。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)一覽表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表參數(shù)管程殼 程流率/(kg/h)42676.418939.4進(jìn)/出溫度/C25/45125/40定性溫度/C3582.5物密度/

14、(kg/m3)994825中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠1717性定壓比熱容/(kJ/(kgK)4.182.22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)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1管徑/mm巾25X2.5管心距/mm32管長/mm6000管子排列管數(shù)目/根216折流板數(shù)/個(gè)24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中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化

15、 08060806 班周楊美惠1818污垢阻力/(w/m2K)0.000340.00017阻力/MPa0.060.0056熱流量/kW992.7傳熱溫差/C31.45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)橢圓形封頭的幾何形狀如附圖1所示。形成這種封頭的母線是由14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)中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠1919附圖1標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭中

16、南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠2020橢圓封頭尺寸與質(zhì)量(摘自JB T4729 _94)曲面高度點(diǎn)邊応度內(nèi)表面積容積度DN卉1FV毎Gmmmmmninr擊mm燧3104142?0.0?17001?94602-059ft2015J?051065060 ”17?604)皿550ft*0071ft4tK)24ts5650167200590150103專120廠0200636罪02619%7QO170640350830460JDN500900mm的型鞍式支座|2X20F型 r 境而(桂中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠23235.5拉桿與定距管DN500900

17、mm的型彎制鞍式支座5.4管板焊 接管 板對(duì)于固定管中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠2424折流板的安裝固定是通過拉桿和定距管來實(shí)現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆帶有 螺紋的長桿，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)量可依換熱器殼體內(nèi)直徑選定，各種尺寸換熱器的拉桿直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（或稱圓缺形）和圓盤一圓環(huán)形兩種。弓形折流板結(jié) 構(gòu)簡單，

18、性能優(yōu)良,在實(shí)際中最為常用。折流板直徑De取決于它與殼體之 間間隙的大小。間隙過大時(shí)，流體由間隙流過而根本不與換熱器接觸；間隙 過小時(shí)又會(huì)引起制造和安裝上的困難。折流板直徑De與殼體內(nèi)直徑Di間 的間隙可依表1 _13中所列數(shù)值選定。S1J5折流板直徑與殼體內(nèi)直徑可的間粟中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠2525吃體內(nèi)直徑n/mm25400500600700間隙/ram2.03,03 53,54 0壷林內(nèi)宜徑DJmm800900100011001200冋陳/mm44,54,54,54,5六、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)，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、 上網(wǎng)搜索資料

19、以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本列管式換熱器的設(shè)計(jì)可以說基本完成 了。一開始接到這個(gè)任務(wù)很迷茫，因?yàn)楸緛韺?duì)換熱器的設(shè)計(jì)這個(gè)概念就不 清楚，而且對(duì)于畫圖一直也是我的弱項(xiàng)，所以心情很浮躁，過去了幾天還 是毫無頭緒。后來在答疑課上借到了上屆的作業(yè)，開始一步一步地研究。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 取資料、進(jìn)行過程和設(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)過程中遇到的麻

20、煩很多，也正是因?yàn)檫@樣， 我開始不斷地查閱資料問問題，突然間覺得自己雖然學(xué)過這些知識(shí)，但是 還是有很多的疑問。也正是因?yàn)椴粩嗟匕l(fā)現(xiàn)問題分析問題解決問題，才提 高自己的理解和學(xué)習(xí)能力。通過這次設(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)，通過中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 08060806 班周楊美惠2626一次次地計(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。第二周開始作圖， 一開始面對(duì)A1的紙卻不敢下筆， 不敢畫頁不知道該 怎么畫，于是先畫了個(gè)邊框，接著在圖書館找了一下午資料，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)。在畫圖的時(shí)候一邊畫一邊問，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)在自己的說明書和圖還有很多的問題，圖紙的線條不夠清晰， 有些線條甚至是畫斜了，但是從這次課程設(shè)計(jì)中我