柴油原油換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)柴油換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)者：班級(jí)：過(guò)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(shuō)明書(shū)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. 接六. 換熱

2、器核算71. 熱流量核算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(shuō)明16H一 .參考文獻(xiàn)17一、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和設(shè)計(jì)條件原油44

3、000kgh由70 C被加熱到110 C與柴油換熱，柴油流量34000kgh ,柴油入口溫度 175 C,岀口溫度127。已知兩則污垢熱阻為就C/W,管程與殼程兩則降壓小于或等于，熱阻損失5%初設(shè)k=250wm2 CO二、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)設(shè)計(jì)條件由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可得設(shè)計(jì)條件如下表:-參 參數(shù) 類型體積流量(標(biāo)準(zhǔn)kg/h )進(jìn)口溫度(C)岀口溫度(C)操作壓力(MPa)設(shè)計(jì)壓力(MPa)柴油(管內(nèi))34000175127原油(管外)4400070110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。確定主要物性數(shù)據(jù)根據(jù)流體力學(xué)(上

4、)P177,公式(4-109 ),熱流量為Q=WCPC(TI T2) =44000 ( 148 42)=X 106kJh= 106W管程柴油的定性溫度為151 CT 175 1272殼程原油的定性溫度為701102根據(jù)由上面兩個(gè)定性溫度數(shù)據(jù)，查閱參考書(shū)可得原油和柴油的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法(公式為y yb (yayb)(ta tb)tavg tb ),可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。原油在90 C ,下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:物性密度Pi(kgm3)定壓比熱容CPikJ( kg C )粘度 i(Pa S)導(dǎo)熱系數(shù)i-1-1(WmC )原油815-3 10柴油在151 C的物性數(shù)據(jù)如下:物性密度P

5、o(kg/m3)定壓比熱容CpokJ/( kg C )粘度。(Pa S)導(dǎo)熱系數(shù) o-1-1(WmC )柴油715-3 10、確定設(shè)計(jì)方案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。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、估算傳熱面積熱流量平均傳熱溫差怙=仃1 t2) (T2 t1) = W5 11)(1277)(0 C ,1atm)=61 C2 2傳熱面積由于管程氣體壓力

6、較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設(shè)定設(shè)K =250W m2 C -1。根據(jù)化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P44,公式3-8 ,則估算的傳熱面積為QiKitm1.13 106250 6174.1 m五工程結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管內(nèi)流速選用 25 的傳熱管（碳鋼管）；由傳熱傳質(zhì)過(guò)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 = 1ms ,用Ui計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后進(jìn)行校核。管程數(shù)和傳熱管數(shù)依化工單元過(guò)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)Vi34000/(715 3600) z.HXnsi242 (根).20.785 0.022 1di Ui

7、4按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為22.5mS74.1dins 3.14 0.025 42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)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m,則該換熱器管程數(shù)為N）=L/I =74 （管程）傳熱管總根數(shù) N=42 4=168 （根）。平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)依化工單元過(guò)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)mT1T2175127R=-=t2 t111070Ct2t111070T1t117570依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì) 溫度校正系數(shù)為P16,公式 3-13，.R2t-In =1 PR|n2 p(1R Jr2 1)2 P(1R P26 ,公式 1-43

8、 )Pr =33Cpo o= 2.2 106.65 100.128ho=0.3610.128 15560.55 114? 1.050.027因此，殼程水的傳熱膜系數(shù) ho為2=668W(m C )由化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P55 ,公式3-22，3-33,得hi= L其中：di管程流通截面積2=07850.0221682管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為Vi _ 34000/(3600 715)i =Si0.026376Re=PiUidi.2 5 715111721oooo30.64 10普蘭特準(zhǔn)數(shù)PrCpi i _ 2.48 1030.64 10 30.133因此,管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為h

9、i = 0.133冷卻水側(cè)的熱阻 艮=c W0.02熱空氣側(cè)的熱阻 Ri =C VV碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)= 50W m1 C -1因此，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P53,公式 3-211ho+ Ro +bdodmRSidodidohdi+ + 0.0000566825+20 557.32522.5+ 0.00022520解得：Ko = 236W(m2 C )傳熱面積裕度依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P56,公式 3-35 : Q = KiSi M得:1061.13Si = Q( Ki t m)=236 61該換熱器的實(shí)際傳熱面積SPSP= doIN = 7 X 168=依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P

10、56 ,公式3-36該換熱器的面積裕度為SP SSi100% =92.3 78.4978.49=%壁溫核算計(jì)算。因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按 化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P77,公式3-42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P77,式中，冷流體的平均溫度tm和熱流體的平均溫度 Tm分別按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)公式3-44、3-45計(jì)算2Tm= X 175+ 125=146 C t m=

11、 110+ 70=86Chc=ho=668W(m C )Ohh=hi=557W(m C )傳熱管平均壁溫146 丄 0.0002668865570.00021/668 1/5570.0002 0.0002殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90C殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 t= 90=C該溫差不大，不需要建立溫度補(bǔ)償裝置。0.038 ,流速 u=s,換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（壓降）Pi0.03827715 0.5、0.02 2I I . UO IPCl丿2 U715 0.52PrO268.125 (Pa)322總壓降A(chǔ) Pi =( p+Ap2) FtNLM=(+) XX 1 X 4=8

12、740Pa9800Pa（符合設(shè)計(jì)要求）由Re 11172 ,傳熱管相對(duì)粗超度為，查莫狄圖得其中，F(xiàn)t為結(jié)垢校正系數(shù)，?。籒S為串聯(lián)殼程數(shù)，取 1 ; NP為管程數(shù)，取 4。由化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P58,公式3-51,3-52 ,得:流體橫過(guò)管束的壓降：其中：F=f o= X =Nb=38Uo=S PO= XXX （38+1） X （815 X /2 = 36989Pa P- NB (空)D20 Uo22 0 18=38X()X (815 X /2 = 18107Pa0.6總壓降：A o=( p1 + p2) FSNS=(36989+18107 )XX1其中，F(xiàn)S為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)

13、于液體??；NS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，C175/12770/110定性溫度，C15190流體密度，kgm3715815定壓比熱容，kj/黏度，傳熱系數(shù)，W/ （m C）普朗特?cái)?shù)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管心距，mm32管長(zhǎng)，mm7000管子排列正方形旋轉(zhuǎn)45管數(shù)目根168折流板數(shù)38傳熱面積，m2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/s-2表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， W/ （mC）668污垢系數(shù)，m KW阻力降，Pa熱流量，kw1130傳熱溫

14、差，k傳熱系數(shù)，W/（m C）236裕度八、設(shè)備參數(shù)計(jì)算1. 殼體壁厚由Po=, Di= 60Omm對(duì)殼體與管板采用單面焊，焊接接頭系數(shù) =,腐蝕裕度C=1mm t=112MPa +C=16600 +仁2 tPo2 112 0.9 1.6圓整后取8mm2. 接管法蘭Dg管子平焊法蘭螺栓焊縫PdHSDD1D2fbd重量數(shù)直徑KH(kg)I量1001084215180158326188M16 :563.設(shè)備法蘭Dg管子平焊法蘭螺栓焊縫dHSDD1D2fbd重量（kg）數(shù) 量直徑KH60063098407707205504120M3610114.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

15、曲面咼度h1直邊高度h2內(nèi)表面積F容積V (m3)600150405.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.管法蘭用墊片法蘭公稱壓力MPa介質(zhì)溫 度密封面型式墊片名稱材料油品 200光滑式耐油橡膠 石棉墊片耐油橡 膠石棉 板7.管板管板厚度35mm，長(zhǎng)度300mm，材料為16MnR8.支墊（鞍式支座）公稱直 徑Dg每個(gè)支 座允許 負(fù)荷tb1LBlK1bm重量(kg)600180550120260420902209.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2HG20592法蘭

16、2Q235-B3GB8163-87接管108X5L=1602Q235-B4LNQ-Oo1-2折流板29Q235-A5筒體1Q235-B2786LNQ-Oo1-2拉桿4Q235-B7GB/T6170螺母M1684級(jí)8LNQ-001-3法蘭120II879墊片642600S=34石棉橡膠板10JB/T4701-2000法蘭1Q235-B11筒體DN600X8L=1401Q235-B12JB/T4746-2002封頭EHA600X51Q235-B1713GB/T14976換熱管，L=60001560Cr18Ni914JB/T4712-92支座500-S2Q235-A /Q235- B15JB/470

17、1-2000法蘭1Q235-B16SYJ11-65墊片2橡膠板17LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B18LNQ-001-2管板116MnR6519GB/T6170螺母M201286級(jí)20JB/T4707螺栓M20x150-A62級(jí)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(kāi)始會(huì)感到無(wú)從下手，很多所學(xué)的知識(shí)也有些生疏。但通過(guò) 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(guò)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(guò)程有了深

18、刻的認(rèn)識(shí)尤其是從最初的無(wú)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)于換熱器的用途也有了更多的認(rèn) 識(shí)。最后我們順利的完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。在佟白老師的細(xì)心講解和指導(dǎo)下獨(dú)立完成了本次課程設(shè)計(jì)，通過(guò)這次 的鍛煉,為我今后的學(xué)習(xí)工作做了良好的開(kāi)端這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我今后的 生活產(chǎn)生巨大的影響也會(huì)終生難忘的通過(guò)這初次的課程設(shè)計(jì)使我們深刻 的了解了化工原理這門(mén)課的主要內(nèi)容以及對(duì)將來(lái)工作的深遠(yuǎn)影響。在此，感謝學(xué)院為我們提供了一個(gè)鍛煉自我，學(xué)習(xí)與歷練的機(jī)會(huì)，感謝 佟白老師耐心，認(rèn)真的輔導(dǎo)，使我們的設(shè)計(jì)得以順利完成。十、主要符號(hào)說(shuō)明原油的定性溫度T柴油定性溫度t原油密度P o柴油密度P i原油定壓比熱容Cpo柴油定壓比熱容GPi原油導(dǎo)熱系數(shù) o柴油導(dǎo)熱系數(shù) i原油黏度 o柴油黏度 i原油熱流量Wo柴油流量熱負(fù)荷Qo平均傳熱溫差總傳熱系數(shù)管程雷諾數(shù)溫差校正系數(shù)管程、殼程傳熱系數(shù)初算初始傳熱面積A估傳熱管數(shù)初算實(shí)際傳熱面積A管程數(shù)殼體內(nèi)徑D橫過(guò)中心線管數(shù)折流板間距B管心距t折流板數(shù)NB接管內(nèi)徑管程壓力降當(dāng)量直徑殼程壓力降面積裕度H一、參考文獻(xiàn)【1】申迎華，郝曉剛.化工原理課程設(shè)計(jì).北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2009【2】姚玉英等.化工原理（上）天津，天津大學(xué)出版社，2005【3】任曉光.化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)北