2012換熱器設(shè)計任務(wù)書

1、化工原理化工設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：年處理4.2萬噸柴油浮頭式換熱器學(xué)生姓名：XXX專業(yè)班級：xxx學(xué)號：xxxxx指導(dǎo)教師：xxxxx宜賓學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院2012年12月13日列管式換熱器設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計目的培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程基礎(chǔ)理論和基本知識去完成換熱單元操作設(shè)備設(shè)計任務(wù)的實踐能力二、設(shè)計目標(biāo)設(shè)計的設(shè)備必須在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的，操作上是安全的，環(huán)境上是友好的三、設(shè)計題目列管式換熱器設(shè)計四、設(shè)計任務(wù)及操作條件1 .設(shè)計任務(wù)設(shè)備型式：列管式處理任務(wù)：如下表所示:處理量(TW/)物料2.42.62.83.03.23.43.6384.04.24.44.64.

2、8原油1#2#12#13#煤油14#25#26#柴油27#37#38#39#2 .操作條件(1)熱流體：入口溫度140C;出口溫度40c(2)冷卻介質(zhì)：岷江水(3)允許壓降：不大于0.1MPa(4)物性數(shù)據(jù)柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度；。=715kg/m3粘度o=6.410"Pas定壓比熱容cpo=2.48kJ/kgoC導(dǎo)熱系數(shù)'oo0.133W/moC岷江水定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度p1=996.2kg/m3黏度以1=8.4395X10-4Pa-s定壓比熱容cp1=4.176kJ/(kgC)導(dǎo)熱系數(shù)入1=0.614W/(mC)目錄第一章概述1.1.1 換熱器的簡單介紹1.

3、1.2 本設(shè)計的目的和意義3.第二章設(shè)計計算4.2.1 確定設(shè)計方案4.2.2 確定物性數(shù)據(jù)4.2.3 計算總傳熱系數(shù)4.2.4 計算傳熱面積5.2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸6.2.6 換熱器核算9.第三章設(shè)計結(jié)果匯總1.2設(shè)計圖紙（簡圖）1.3.心得體會1.3.參考文獻(xiàn)1.4.評語及成績1.7.第一章概述1.1換熱器的簡單介紹換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)的熱量交換設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于鍋爐暖通領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來越多。換熱器的分類：適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱

4、器的具體分類如下：一、換熱器按傳熱原理分類1、表面式換熱器表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。2、蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。3、流體連接間接式換熱器流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，

5、在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。4、直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進(jìn)行換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。二、換熱器按用途分類1、加熱器加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。2、預(yù)熱器預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。3、過熱器過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。4、蒸發(fā)器蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。U形管板換熱器、板三、按換熱器的結(jié)構(gòu)分類可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、式換熱器等。1，折流擋板;2-管束;3-殼體;4-封頭;5-接管；6-管板圖1固定管板式換熱界39

6、G由2u型管換熱器的結(jié)構(gòu)于意圖3浮頭式換熱器L光莪2.浮頭黃3.浮頭管板4.光體5.傳熱管6,支持板7.折流板1.2本設(shè)計的目的和意義通過本次課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生多方位、綜合地分析考察工程問題并獨(dú)立解決工程實際問題的能力。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)資料、文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)的查閱、收集、整理和分析能力。要科學(xué)、合理、有創(chuàng)新地完成一項工程設(shè)計，往往需要各種數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。因此，資料、文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)的查找、收集是工程設(shè)計必不可少的基礎(chǔ)工作。(2)工程的設(shè)計計算能力和綜合評價的能力。為了使設(shè)計合理要進(jìn)行大量的工藝計算和設(shè)備設(shè)計計算。本設(shè)計包括熱工計算和冷卻器設(shè)備的結(jié)構(gòu)計算。(3)工程設(shè)計表達(dá)能力。工程設(shè)計完成后

7、，往往要交付他人實施或與他人交流，因此，在工程設(shè)計和完成過程中，都必須將設(shè)計理念、理想、設(shè)計過程和結(jié)果用文字、圖紙和表格的形式表達(dá)出來。只有完整、流暢、正確地表達(dá)出來的工程設(shè)計的內(nèi)容，才可能被他人理解、接受，順利付諸實施。通過本設(shè)計不僅可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)的相關(guān)啊知識，提高學(xué)生學(xué)以致用的綜合能力，尤其對傳熱學(xué)、流體力學(xué)等課程更加熟悉，同時還可以培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、注重實踐和學(xué)習(xí)嚴(yán)禁、作風(fēng)踏實的品格。第二章設(shè)計計算2.1 確定設(shè)計方案兩流體溫度變化情況：柴油入口溫度：140c出口溫度：40c岷江水入口溫度：20c出口溫度：20c本次設(shè)計任務(wù)為柴油冷卻器的設(shè)計，兩流體在傳熱過程中無相變，換熱器用岷

8、江水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器；固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)比較簡單，制造簡單，制造成本低，管程可用多種結(jié)構(gòu)，規(guī)格范圍廣泛，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。因殼程不易清洗，故不適宜較臟或有腐蝕性的物流的換熱，適用殼壁與管壁溫差小于70C、殼程壓力不高并可用化學(xué)方法清洗的場合。故此最終選擇浮頭式換熱器。由于岷江水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使岷江水走管程，柴油走殼程。管徑選用小25mmx2.5mm的碳鋼管，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s。2.2 確定物性數(shù)據(jù)柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度：。=715kg/m3粘度。=

9、6.410“Pas定壓比熱容cpo=2.48kJ/kgoC導(dǎo)熱系數(shù)'o-0.133W/moC岷江水定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度p1=996.2kg/m3黏度以1=8.4395X10-4Pa-s定壓比熱容Cp1=4.176kJ/(kgC)2.3 計算總傳熱系數(shù)4210A7柴油單位時間處理量qm=4.7945X103kg/h36524熱流量Q=qmCpoAtm=4.7945X103X2.48X(14040)=1189036kJ=330.29kwQ1189036伶卻水用量W=11795.678kg/hcp1t24.17636-20對數(shù)平均溫度差tm=二=140-36-40-2。=50.9505

10、ClnW：t2ln四20平均傳熱溫度校正系數(shù)R=T1二T竺=唯二°=6.25-Tc136-20P=TC2Th1-Tc1-Tc11等A33查表可得修正系數(shù)t=0.9650.9505=48.89350.4,'11=0.023d1管程傳熱系數(shù)a1=0.023x°i6x0.020(1.18041040_3_0.84.176父10父8.439父100.614=2570.7130W/(m2C)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程傳熱系數(shù)污垢熱阻柴油2a2=540W/(m-C)-4Rs1=3.4X10河水-4Rs2=5.0X101bd01-Rs2-管壁的導(dǎo)熱系數(shù)入=48W/(mC)總傳熱系數(shù)K=

11、d0d0dm-Rs1:1d1d11=0.025°，70.0250.00250.025T3.4100.00052570.71300.020.02480.02241540=301.0962.4 計算傳熱面積S、=330290301.212150.95052=21.5299m22考慮15%的裕度S=1.15XS、=1.15X21.5299=24.7594m2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸列管的計算選擇管徑為小25mmx2.5mm的標(biāo)準(zhǔn)管取管內(nèi)流速1=0.5m/s單程管速nsV17795.678996.236002du40.7850.0220.5:32（根）工»、S24.7594八”按單程管束

12、算，所需換熱管長度L=匚”=9.85m二d0ns3.140.02532采用多管程結(jié)構(gòu)，取標(biāo)準(zhǔn)管L=3m材料為20號的無縫鋼管管程N(yùn)p=L=4L傳熱管總根數(shù)N=nNp=32X4=128采用組合排列法，每程采用正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列管心距t=1.25d=1.25X25=31.25mm橫過管束中心的管數(shù)nc=1.1JN=1.1,128=12.44513根采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.6,則殼體內(nèi)徑DiDi=1.05X31.25XJ128/0.6=479.26弋500mm采用弓形折流板，切去圓缺高度h=0.2Di=0.2X500=100mm折流板間距B=0.3Di=0.3X500=1

13、50mm折流板數(shù)Nb黑薔大鬻一明殼程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑d='4V45520.536007150.03311m3.140.5故取殼程流體進(jìn)出口標(biāo)準(zhǔn)管徑d=50mm6m=4.0mm管程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑d=.4V_420373-263600996.2:0.085m,二u.3.141.0故取標(biāo)準(zhǔn)管程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑d=100mm6m=6.0mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，接管公稱外徑089mm可不再另行補(bǔ)強(qiáng)，因此管程接口需另行補(bǔ)強(qiáng)。接管的高度h=150mm殼體的設(shè)計由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(guī)容器，考慮到生產(chǎn)成本和使用條件，選擇材料為20R殼體與封頭采用法蘭連接。已知?dú)んw內(nèi)徑D=500mm叼t為殼體工作溫度下

14、的許用應(yīng)力，已知?dú)こ淘O(shè)計溫度為90C,設(shè)計壓力為1.6MP,查表得。t=133,為焊縫系數(shù)，取=0.9,c2=1mmcrs=245則殼體壁厚PcDi2二t-Pc=1.6X500/(2X133X0.91.6)=3.37cd=3.371=4.37C1=0.4c.n=3.370.41+=6C1=0.6、,e=6-0.6-1=4.4進(jìn)行水壓試驗：Pt=1.25P"=1.25X1.6X1=2Mpa0-t=PtDie25004.424.4=114.64Mpa<0.91os=198.45所以:水壓強(qiáng)度滿足要求，所以取殼體壁厚二=6mm長度L=3000mm浮頭蓋短節(jié)、封頭計算浮頭蓋短節(jié)壁厚因為

15、浮頭蓋的內(nèi)徑為500+100=600mm,其余參數(shù)同殼體所以PcD_P=PcD=1.6X600/(2X133X0.91.6)=4.0372二-Pc、d=4.0371=5.037C1=0.5n=6C1=0.6直邊高度h=25mm因其便于沖壓，應(yīng)力分析比較均勻，制作簡單。、e=6-0.6-1=4.4曲面高度H=125mm封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭,PcD6=rPcD=1.6X600/(2X133X0.90.5X1.6)=4.02320t-0.5Pc最后取n=6進(jìn)行水壓試驗，方法同上，且都符合要求。內(nèi)徑=600mm管箱的設(shè)計已知管程設(shè)計溫度為28C,設(shè)計壓力為0.6MPa,材料為20R,查表得9t=13

16、3,os=245,取©=0.8,c2=1mmPcDi2ct-Pc則箱殼厚度為=0.6X500/(2X133X0.80.6)=1.14、d=1.411=2.41C1=0.2Sn=1.41+0.2+1十=4考慮到殼體壁厚，所以箱體壁厚取6mm壓力校核同上，是符合的。管箱采用B型（封頭管箱）內(nèi)徑D=500mm長度L=200mm固定管板和浮頭管板固定板厚：b=46mm浮頭板厚：b=50mm管板選用Q235-A管子與管板的連接必須牢固、不泄漏，不產(chǎn)生大的應(yīng)力變形，最常見的連接方法為脹接，由于本設(shè)計中工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，所以管板和管子的連接采用脹接，管板與殼體采用可

17、拆卸連接，如法蘭連接。折流板的設(shè)計采用弓形折流板，排列方式采用水平切口，且切口部分不裝管子，第一塊或最后一塊折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口接管。切口尺寸：h=20%Di=100mm擋板間距B:B=Di/3=167mm,取200mm板數(shù)：n=19塊板厚：12mm折流板管孔徑：26mm管心距：32mm各程相鄰管的管心距為44mm拉桿采用定距螺栓拉桿，均勻布置在管束的外邊緣，用于安裝折流板數(shù)量6根，直徑16mm2.6換熱器核算1.殼程對流傳熱系數(shù)0.14u廣211w對弓形折流板，采用克恩公式。2=0.36=oRe0.55Pr13de當(dāng)量直徑：由正三角形排列得=0.01809m殼程流通截面積So=BD1d

18、0、(1=0.150.41-0.0250.012m0.03125殼程流體流速:U24794.536007150.012=0.1552(m/s)殼程雷諾系數(shù)Re2=deu2：00.018090.1552715e20=工=3137.02626.410C“普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=-p-10口02.481036.4104一=11.9340.1330.18黏度校正系數(shù)1.02.管程對流傳熱系數(shù)二1=0.023與Re0.8Pr0.3d1、一一一一nO管程流通截面積S=-d124-=0.785X0.022X=0.010048p417795.678管程流體流速U1=3600996.2=0.4938m/s0.01004

19、8管程雷諾系數(shù)Re=d1U1R0.020.4938996.28.439510"=11657.65C普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=-p14.1761038.439510工8.439510工=11657.650tl=0.023x°14x(1167.65)0.8父5.740.3=2137.118W/(m2.)0.02傳熱系數(shù)KK=1d0等.Rs2.二1d1d11dm二20.0252137.1180.02010.0250.00250.025一U1""0.000340.00050.020450.02241506.675=282.4859W/(mC)管子傳熱面積S=4K：tm33

20、0290.22.9488282.4850.9505實際面積Sp=Ttd0L(N-Np)=3.14X0.025X3X(128-64)=27.0825m2面積未&度H二互二SS27.0825-22.9488=18。符合15%25%的范圍,該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)。22.94883.換熱器流動阻力管程流動阻力:=PiRFtNsNpNs=2Np=4Ft=1.5d：必2R"3-d1239962049382:0.032-二582.985Pa0.02（由于Re=23317.16,絕對粗糙度£=0.01查表，得入3=0.01,d001=0.005)20P2=2996.20.49382

21、=3=364.37PaZPP.=(AP+AP2FtNSNp=18364.08Pa<0.1MPa管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)殼程流動阻力:工APo=gp'+AP2'FtNsNs=1Ft=1.15流體流經(jīng)管束的阻力:-122.R'=Ff2ncNb1£2=0.50.59131319150.55=661.93PaF=0.5Nb=19nc=9f2=5Re-0.228=5X11657.650.228=0.5813流體經(jīng)過折流板缺口阻力:P2=Nb3.5空i-u2=19父(3.52葭DJ2'20.150.47150.1552=449.93085Pa總阻力二,P2

22、=(661.93449.930851.152=2557.279Pa二0.1MPa殼程流動阻力也較適宜。第三章設(shè)計結(jié)果匯總參數(shù)管程（水）殼程（柴油）流量/kgh17795.6784794.50進(jìn)/出口溫度/=C36/20140/40定性溫度/=C2890密度/kgm3996.2715定壓比熱容/kJ/（kgC）4.1762.48粘度/Pas0.000843950.00064熱導(dǎo)率/W/(mC)0.6140.133普朗克數(shù)5.7411.934形式浮頭式臺數(shù)1殼程內(nèi)徑/mm500殼程數(shù)2管徑/mm(|)25X2.5管心距/mm31.25管長/mm3管子排列正三角形管數(shù)目/根128折流板數(shù)/塊19傳熱

23、回積/m224.7594材質(zhì)碳鋼流速/m/s0.98770.1552阻力/Pa18.364.082557.2799熱流星/kw330.29傳熱系數(shù)/W/（mC）2137.118506.675設(shè)計圖紙（簡圖）心得體會課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識的綜合實踐應(yīng)用的實踐訓(xùn)練。通過本次課程設(shè)計，讓我深深體會到了“千里之行始于足下”這句話的含義，在我認(rèn)真設(shè)計進(jìn)行課程設(shè)計的這段時間，讓我學(xué)會做事要腳踏實地、一絲不茍，只有這樣才不會這在忙中出錯。說實話，課程設(shè)計真的很累。但是當(dāng)我開始整理自己的設(shè)計成果時，慢慢回想這兩周的設(shè)計歷程，心里出現(xiàn)一種少有的成就感。雖然這是化工設(shè)計邁出的第一步，也讓我獲得不少收獲。其中最

24、為深刻的體會是：1.看似簡單的事情，最后都會變的復(fù)雜；而復(fù)雜的事情，最后很可能會變得不可收拾。2.做事情的時候一定要專注、耐心，只有這樣才不會重復(fù)犯一些不必要低級的錯誤。在手工繪圖期間，剛開始畫圖時感覺自己應(yīng)該已經(jīng)是把要用到的數(shù)據(jù)都查好或者計算好了的，但是動手畫的時候發(fā)現(xiàn)自己很多地方的尺寸按比例縮放后畫出來很難看。而且還有一部分結(jié)構(gòu)的尺寸在國標(biāo)和行標(biāo)中也沒有找到詳細(xì)參數(shù)，本來打算對于這部分結(jié)構(gòu)的尺寸按照一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，但是查閱了大量資料后仍然沒什么收獲。最后只有為了讓圖紙美觀，有些小尺寸就只能自己估計著尺寸畫。課程設(shè)計過程中，大量的計算有時不免令人心煩意亂，任何一步不小心的計算出錯，就只

25、能從頭再來。但一想起的平時兩位老師的耐心教導(dǎo)，以及今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任，想到那些因某些細(xì)節(jié)失誤而造成的大事故，我就會不禁提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對待手中的任務(wù)的態(tài)度。這次的課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)得到了一次難得的磨練，短短兩周的時間，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是如此的匱乏，對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用是如此的不足。想到這里自己覺得很是慚愧。雖然這次課程設(shè)計讓我覺得這兩周的生活過的很黑暗，但設(shè)計還是在自己的努力下順利完成了，盡管這個設(shè)計還存在著一些不足之處。敬請老師多多指正。也希望通過這次老師的指點(diǎn)和同學(xué)的討論，讓我在以后的設(shè)計上能得到最后感謝徐慎穎老師、張燕老師一學(xué)期以來對我們的辛勤教導(dǎo)，耐心輔助，以及和我一起討論設(shè)計的同組成員的相互協(xié)作，你們是讓我較為順利