柴油原油換熱器設(shè)計(jì)說明書

1、實(shí)用文檔化工原理課程設(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：佟白文案大全齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)一一柴油換熱器目錄1 .設(shè)計(jì)說明書32 .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33 .確定設(shè)計(jì)方案41 .選擇換熱器的類型42 .流程安排44 .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45 .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

2、 .折流板67 .其他附件68 .接管66 .換熱器核算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107 .換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表118 .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139 .設(shè)計(jì)總結(jié)15十.主要符號(hào)說明 16十'.參考文獻(xiàn)

3、17第22頁共17頁一、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/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。已知兩則污垢熱阻為0.0002 m2 - C/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=:、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）4

4、4000701100.30.4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0.1MPa。2.2 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 = WCpc(T1TO X 1.05 =44000 X 2.2 X ( 14842) X 1.05=1.13 x106kJ/h = 1.13x 106 W管程柴油的定性溫度為丁 175 127T=151 C2殼程原油的定性溫度為70 110t = 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)，查閱參考書可得原油和

5、柴油的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法（公式為y = yb +（ya -yb）/（ta -tb）qtavg -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, 1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:物性密度p i，.，3、 (kg/m )定壓比熱容CpikJ/( kg C)粘度邛(Pa s)導(dǎo)熱系數(shù)入i-1C -1 、(W- m , C )原油8152.2-36.65 X 100.128柴油在151c的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度po定壓比熱容Cpo粘度科。導(dǎo)熱系數(shù)入o3.(kg/m )kJ/( kg c)(Pa s)(W- m-1 , C -1)柴油7152.48-30.64 X 100.133三、確定

6、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Q =1.13 106W4.2 平均傳熱溫差(0 C ,1atm)=61 C F) (丁2 -3)_ (175-110) (127-70)224.3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)K =250 W-m2 C根據(jù)

7、化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P44,公式3-8 ,則估算的傳熱面積為Qi，品K，. ti m1.13 106250 61= 74.1 m2五.工程結(jié)構(gòu)尺寸5.1 管徑和管內(nèi)流速選用。25 X 2.5mm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 = 1m/s,用u 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)按單程管計(jì)算,Vi34000 /(715 3600)_：,2di Ui4 一一2.0.785 0.021所需的傳熱管長(zhǎng)度為Sdins

8、74.13.14 0.025 42=42 (根)=22.5m按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l = 7 m,則該換熱器管程數(shù)為NP=L / l =22.5/7 =4 （管程）傳熱管總根數(shù)N = 42 X4= 168 （根）。5.3 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)175 -127= 1.2110-70P= t2 T1Ti -t1110-70175-70=0.381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)為一 :._ R2 1 l 1 二PR _ -1.22 1t R -11

9、2 -P(1 R - . R2 1)1.2 -1ln2 -P(1 R ” R2 1),1-0.381ln= 0.921 二1.2_0.3811n 2-0.381(1+1.2-由.22 +1)2 -0.381(1 1.2 . 1.22 1)依傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P16,公式3-14,平均傳熱差校正為 tm=Cp XAt m =61 X 0.92=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，故取單殼程合適。C5.4 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

10、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=1.25x25=32 mm 。由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P50,公式3-16 ,隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22 mm取各程相鄰管的管心距為44mm5.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率刀=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D =1.05t Jn/. =1.05 X 32X J168/0.7 =520 mm ,圓整后取D =600mm=5.6 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

11、的25%則切去的圓缺高度為h=0.25 X 600=150 mm，故可取 h=150 mm=取折流板間距 B=0.3Di ,貝U B=0.3 X 600=180 mmo折流板數(shù) Nb=_i = 7000-i38 塊折流板間距180折流板圓缺面水平裝配。5.7 其他附件直徑為12mm的拉桿4根。5.8 接管(1)殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)液體流速 u1=0.5m/s,4v 4 44000/(3600 815)D=0.195(m)1 ;二u1.3.14 0.5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=1m/s,4v . 4 3400伙3600 715) .i2

12、9(m)2 :二u2:3.14 1圓整后取管內(nèi)直徑為 150mm六.換熱器核算2.1 熱量核算2.1.1 殼程表面流傳熱系數(shù)對(duì)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ho = 0.36 Rea55 Pr1/3(3嚴(yán) deMw其中：粘度校正為(9)°.14=1.05M w當(dāng)量直徑，管子為四邊形角形排列時(shí)，依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P53,公式3-23a得2 二工 24(t2do )de= 4 = 0.027 m二 do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So = BD(1 do )=0.18 X 0.6

13、 X ( 1 0.025 ) = 0.023625 m 2t0.032殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為Vo44000/(3600 815)uo= = = 0.635 m/sSo0.023625Pouode815 M 0.635 父0.02Reo= o o e =3=1556%6.65父10普朗特準(zhǔn)數(shù)(傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì) >P26,公式1-43)Pr =Cpo'o2.2 103 6.65 1070.128=114.29因此，殼程水的傳熱膜系數(shù) ho為1ho = 0 36 x 0.128 x 15560.55 x 1141.050.027=668 W/(m 2 C )6.1.2管程

14、表面流傳熱系數(shù)由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P55,公式 3-22 , 3-33,得hi = 0.023Re “Pr0'3 di其中：管程流通截面積.2 一八 .di n _2S= J=0.785 0.02421682=0.02637 m2管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為,= VL = 34000/(3600、715)=0.5 m/sSi0.026376Re=Pi5di0.02 0.5 71530.64 10=11172>10000普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr =Cpii2.48 103 0.64 10' 0=11.93,i0.133因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為08030 1332hi

15、 =0.023 X 11172 . X 11.93 . X "=557.3W/(m - C )0.026.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻 冷卻水側(cè)的熱阻 熱空氣側(cè)的熱阻 碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)6.1.4 總傳熱系數(shù)KRso= 0.0002m2 C W1R = 0.0002m2 C W入=50W-1-1m . °因此，依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P53,公式 3-211 , - , bd。，=F Ro + Rsihodmdo dodihidi668+ 0.0002 + 0.00005 父5- + 0.0002 x 公22.5202520 557.3解得：Ko =236 W/ (m 2 -

16、 C)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= KjSZxtm得:1.13 1062S = Q/( Ki t m) = 78.49 m236 61該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp2Sp= ndolNT =3.14 X 0.05 X7X 168=92.316 m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Sp§100% =92.3-78.4978.49=17.6%6.2 壁溫核算因管壁很薄，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

17、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tm和熱流體的平均溫度 Tm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=0.4 X 175+0.6 X 125=146 Ctm=0.4 X 110+0.6 X 70=86 Chc = ho = 668 W/ (m 2 C )hh = hi = 557W/ (m 2 - C )傳熱管平均壁溫t146 毒 t1一+ 0.0002 1+86,+0.00

18、02 1=113.6 C1/668 1/557 0.0002 0.0002557T=90 C殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 t= 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Re =11172 ,傳熱管相對(duì)粗超度為 0.01 ,查莫狄圖得 % =0.038 ,流速u=0.05m/s,：=715kg/m327715 0.52* =0.038 =1188.68 (pa)0.022-u2一，_ 一 _2715 0.5=3 = 268.125 (pa)2總壓降：EA pi=

19、 ( pi+Ap2)Ft N. Np= ( 1188.68+268.125 =8740Pa < 9800 Pa (符合設(shè)計(jì)要求)其中，F(xiàn)t為結(jié)垢校正系數(shù)，取 1.5;Z為串聯(lián)殼程數(shù)，取1; N為管程數(shù)，取4。)X 1.5 X 1X 46.3.2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 ,流體橫過管束的壓降：得:,po =FfoNtc(NB =1)22其中：F=0.4fo=5.0 X 1556-0.228 =0.9358NTC =1.19N；5 =1.19 1680.5 =15.42 ICINB=38Uo=0.635 m/s po=0.4 X 0.9358

20、X 15.42 X (38+1) X (815 X 0.635 2)/2=36989 Pa pi = NB (3.5 2組)PoUoD 2= 38X (3.5總壓降：o=2 0.18、2)X (815 X 0.635 )/2 = 18107Pa0.6( p1 + A p2)Fs Ns=(36989+18107) X 1.15 XI=63360.4Pa其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)于液體取1.15;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a#, kg/h3400044000物性操作溫度，C175/12770/110定性溫度，C15190流體密度，kg/m3

21、715815定壓比熱容， kj/(kg.k)2.482.2黏度，pa.s30.64 父1036.65 m 10傳熱系數(shù)，W/(m2 )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，mm6 25M2.5管心距，mm32管長(zhǎng)，mm7000管子排列止方形旋轉(zhuǎn)45°管數(shù)目，根168折流板數(shù)38傳熱面積，m292.316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 一一2 一表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/ ( m C)668557.32污垢系數(shù)，m K/W0.00020.0002阻力降，Pa0.008

22、70.0633熱流里,kw1130傳熱溫差，k23.6傳熱系數(shù)，w/(mc)236裕度17.6八、設(shè)備參數(shù)計(jì)算1.殼體壁厚由Po= 1.6 MPa 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=1mm 6t=112MPaPODi2-t-Po+C=1.6 600+1=5.8mm2 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dHSDDiD2fbd重量(kg)數(shù)量直徑KH1001084215180158326184.88M161563.設(shè)備法蘭Dg管子平焊法蘭螺栓焊縫dHSDDiD2fbd重量 (kg)數(shù)量直徑KH60063098

23、4077072055041180.320M36110114.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曲間局度h1直邊高度h2內(nèi)表回積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.一,一。2公稱壓力F(m )墊片外徑D600615166556.管法蘭用墊片法蘭公稱壓力Mpa介質(zhì)溫 度密封聞型式墊片名稱材料油品<1.6<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

24、(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PL100-1.0 RF2Q235-B2.625.243GB8163-87接管108X5L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板29Q235-A7.5217.55筒體DN127X4.51Q235-B2786LNQ-001-2拉桿4Q235-B4.216.87GB/T6170螺母M1684級(jí)0.040.328LNQ-001-3法蘭120II879墊片642/ 6004石棉橡 膠板0.3S=

25、310JB/T4701-200 0法蘭-FM600-1.01Q235-B40.811筒體DN600X8L=1401Q235-B16.812JB/T 4746-2002封頭 EHA 600X51Q235-B1713GB/T14976換 熱管 25X2.5,L=60001560Cr18N i93.4530.414JB/T4712-92支座500-S2Q235-A /Q235- B26.315JB/4701-2000法蘭-FM500-1.01Q235-B29.516SYJ11-65墊片2橡膠板0.150.317LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.1618LNQ-001-2管板116M

26、nR6519GB/T6170M201286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 也有