煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、南京工業(yè)大學(xué)材料工程道理B課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)題：石油冷卻器的設(shè)計(jì)專 業(yè)：高分子材料科學(xué)與工程班級(jí)： 高材0801學(xué)號(hào)：1102080104姓 名：夏亞云指點(diǎn)教師：周勇敏日 期：2010/12/30設(shè)計(jì)成績(jī)：目次.義務(wù) -3-設(shè)計(jì)標(biāo)題設(shè)計(jì)義務(wù)及操縱前提設(shè)計(jì)請(qǐng)求二設(shè) 計(jì) 計(jì) 劃 簡(jiǎn)-3-概述2.2列管式換熱器三熱量設(shè)計(jì) 5-初選換熱器的類型管程安插（流淌空間的選擇）及流速肯定四工 藝 構(gòu) 造 設(shè)計(jì) -8-五換熱器核算 -13-六 .幫 助 裝 備 的 盤(pán) 算 和 選擇17七設(shè) 計(jì) 成 果 表匯-20-八參考文獻(xiàn).-20-21附圖：(主體裝備設(shè)計(jì)圖，工藝流程簡(jiǎn)圖)一 .化工道理課程設(shè)計(jì)義務(wù)書(shū)石油冷卻換熱

2、器設(shè)計(jì)X 104tzy2,裝備型式列管式換熱器3,操縱前提(1)石油： 進(jìn)口溫度140C,出口溫度40 C(2)冷卻介質(zhì)：工業(yè)硬水 ，進(jìn)口溫度 20C,出口溫度40 C(3)油側(cè)與水側(cè)許可壓強(qiáng)降：不大于105Pa(4)每年按330天計(jì)，天天24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行(5)石油定性溫度下的物性參數(shù)：名稱3._ ( kg/m )Cp (kJ/kg.C)口)|_l(W/m. C)油825X 10-4適合的列管式換熱器并進(jìn)行核算(見(jiàn)A4紙另附).設(shè)計(jì)計(jì)劃簡(jiǎn)介換熱器是化工，煉油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的典范的工藝裝備,在化工場(chǎng)，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%20濰煉油廠約占總費(fèi)用35%40%換熱器在其他部分，如動(dòng)力.原子能

3、.冶金.食物.交通.環(huán) 保,家電等也有著廣泛的應(yīng)用.是以，設(shè)計(jì)和選擇得到應(yīng)用.高效的 換熱器對(duì)降低裝備的造價(jià)和操縱費(fèi)器具有十分重要的意義在不合溫度的流體間傳遞熱能的裝配稱為熱交流器，即簡(jiǎn)稱換熱器,是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的裝備.換熱器的類型按傳熱方法的不合可分為：混雜式.蓄熱式和間壁式.個(gè)中央壁式換熱器應(yīng)用最廣泛.因設(shè)計(jì)須要，下面簡(jiǎn)略介紹下列管式換熱器列管式換熱器又稱管殼式換熱器 ，在化工臨盆中被廣泛應(yīng)用.它 的構(gòu)造簡(jiǎn)略.牢固.制作較輕易，處理才能大，順應(yīng)機(jī)能，操縱彈性較 大，尤其在高溫.高壓和大型裝配中應(yīng)用更為廣泛 .固定管板式即兩頭管板和殼體貫穿連接成一體，是以它具有構(gòu)造簡(jiǎn)略造價(jià)低

4、廉的長(zhǎng)處.但是因?yàn)闅こ滩惠p易檢修和清洗，是以殼方流體應(yīng)是較為干凈且不輕易結(jié)垢的物料.當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，應(yīng)斟酌熱抵償.有具有抵償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定板式換 熱器，即在外殼的恰當(dāng)部位焊上一個(gè)抵償圈，當(dāng)外殼和牽制的熱膨脹程度不合時(shí)，抵償圈產(chǎn)生彈性形變，以順應(yīng)外殼和牽制的不合的 熱膨脹程度.這種熱抵償辦法輕便，但不宜用于兩流體溫度差太大 和殼方流體壓強(qiáng)過(guò)高的場(chǎng)合.1-擋板 2- 抵償圈 3-放氣嘴這種換熱器有一段管板不與殼體相連，可沿軸向自由伸縮.這種構(gòu)造不單可完整清除熱應(yīng)力，并且在清洗和檢修時(shí),全部牽制 可以從殼體中抽出.是以，盡管其架構(gòu)較龐雜，造價(jià)較高，但應(yīng)用仍 較廣泛.每根管子都彎成 U

5、形，兩頭固定在統(tǒng)一個(gè)管板上，是以，每 根管子皆可自由伸縮，從而解決熱抵償問(wèn)題.這種構(gòu)造較簡(jiǎn)略，質(zhì)量 輕，實(shí)用于高溫高壓前提.其缺陷是管內(nèi)不輕易清洗，并且因?yàn)楣茏?要有必定的曲折半徑，其管板應(yīng)用率較低.依據(jù)義務(wù)書(shū)給定的冷熱流體的溫度，來(lái)選擇設(shè)計(jì)列管式換熱器 的固定管板式換熱器；再依據(jù)冷熱流體的性質(zhì)，斷定其是否輕易結(jié) 垢，來(lái)選擇管程走什么，殼程走什么.本設(shè)計(jì)中選擇使輪回工業(yè)硬水 走管程，石油走殼程.從資估中查得冷熱流體的物性數(shù)據(jù)，如比熱容,密度，粘度，導(dǎo)熱系數(shù)等.盤(pán)算出總傳熱系數(shù)，再盤(pán)算傳熱面積.依據(jù) 管徑，管內(nèi)流速肯定傳熱管數(shù)，算出傳熱管程，傳熱管總根數(shù)等.然 后校訂傳熱溫差及殼程數(shù)，肯定傳熱管

6、分列方法和分程辦法.依據(jù) 設(shè)計(jì)步調(diào)，盤(pán)算出殼體內(nèi)徑，選擇折流板，肯定板間距，折流板數(shù)等； 接著再對(duì)調(diào)熱器的熱量，官稱對(duì)傳播熱系數(shù)，傳熱系數(shù)，傳熱面積進(jìn) 行核算，再算出面積裕度，最后，對(duì)流體的流淌阻力進(jìn)行盤(pán)算.2.4工藝流程簡(jiǎn)圖(見(jiàn)附圖)三.工藝盤(pán)算和主體裝備設(shè)計(jì)初選換熱器類型兩流體的溫度變更情形如下：(1)石油：進(jìn)口溫度140C,出口溫度40 C;(2)冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，進(jìn)口溫度30C,出口溫度40 C;該換熱器用輪回冷卻自來(lái)水進(jìn)行冷卻，冬季操縱時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考略到這一身分，估量所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，需斟酌熱膨脹的影響，響應(yīng)地進(jìn)行熱膨脹的抵償，故而初步肯定選用帶有膨脹

7、節(jié)的管板式換熱器.管程安插及流速肯定已知兩流體許可壓強(qiáng)降不大于100kPa;兩流體分離為石油和自來(lái)水.與石油比擬，水的對(duì)傳播熱系數(shù)一般較大.因?yàn)檩喕乩鋮s水較 易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加速污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量降低，斟酌到散熱降溫方面的身分，應(yīng)使輪回自來(lái)水走管程，而使石 油走殼程.選用25X2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取Ui=0.5m/s.表3-2.列管式換熱器內(nèi)的合適流速規(guī)模流體種類流速/ (m/s)管程殼程一般液體0.53易結(jié)垢液體1氣體5-303-15表3-3.不合粘度液體的流速（以通俗鋼壁為例）液體粘度/mPa. s 15001500500500100100 35351V 1最大流

8、速/（m/s）定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，具定性溫度可取T140 -40 90 C2t20-0 30C2流體進(jìn)出口溫度的平均值.殼程流體（石油）的定性溫度為：管程流體（硬水）的定性溫度為: 依據(jù)定Ii溫度，分離查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)密度/ (kg/m3)比熱容/ ( kJ/kg?C)粘度/ (Pa?s)導(dǎo)熱系數(shù)/ ( W/m?C)石油825X 10-4水(30 C)996X 10-4.石油的流量已知請(qǐng)求處理才能為 15.8萬(wàn)噸石油每年(每年按 330天計(jì)，天天24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行)，則石油的流量為：Wh-熱流體的流量，kg/h;. 熱流量由以上的盤(pán)算成果以及標(biāo)題已知，代入下面

9、的式子，有：Q=W；h(Ti-T2)= X CX ( 140-40) C =4428789KJ/h =1230219W.平均傳熱溫差盤(pán)算兩流體的平均傳熱溫差 ，臨時(shí)按單殼程.多管程盤(pán)算.逆流時(shí),我們有石油：140 C 40 c水：40 C20 c從而tmtmC此時(shí)TiT214040t2t140205t2 t14020 c _0.17P= Ti t1140 20R=式子中:T,三一一熱流體（石油）的進(jìn)出口溫度 ,K或C ;5工一一冷流體（自來(lái)水）的進(jìn)出口溫度，K或C;由圖4-25 （拜見(jiàn)化學(xué)工業(yè)出版社的化工道理（第四版）147頁(yè)，可查得： 口 0.8，所以，修改后的傳熱溫度差為：F=| tml

10、49.7 0.83 41.3|C.冷卻水用量由以上的盤(pán)算成果以及已知前提，很輕易算得:QWc=Cpc(t2QWc=Cpc(t2 44287894.174 (40 20)53052kg/h.總傳熱系數(shù)K選擇時(shí),除要斟酌流體的物性和操縱前提外，還應(yīng)斟酌換熱器的類型.管程傳熱系數(shù):du i 0.02 0.5 99612439Re1= i 0.0008007 TOC o 1-5 h z CP i 4174 0.0008007 一Pr1 =5.41Pr1 =i0.6176i /di ui i 0.8 ,CP i x 0.4 ()()DCi= diiiDC=2633W/m 2?C殼程傳熱系數(shù)：假設(shè)殼程的傳

11、熱系數(shù)是：I o|=700 W/mi?C污垢熱阻：R si2C/W_2 一Rso=0.000172 m C/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù):Ll=45 m2管壁的導(dǎo)熱系數(shù):Ll=45 m2 C /W鄙人面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得（6）,盤(pán)算傳熱面積由以上的盤(pán)算數(shù)據(jù)，代入下面的公式，盤(pán)算傳熱面積:斟酉勺15%勺面積裕度，則：四,工藝構(gòu)造設(shè)計(jì)選用25 X s.依據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以肯定單程管子根數(shù)： 嗎 996） 94,2 95（根） di2Ui0.785 0.022 0.5n s=|4按單程盤(pán)算，所需傳熱管的長(zhǎng)度是：若按單程管盤(pán)算，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采取多管程構(gòu)造，可見(jiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=6m,則該傳熱管程數(shù)

12、為:l=6m,則該傳熱管程數(shù)為:NpL11.72（管程）pl6則傳熱管的總根數(shù)為:(140 40) (40 20)I tm，l=140 40 In40 2049.7此時(shí):則傳熱管的總根數(shù)為:(140 40) (40 20)I tm，l=140 40 In40 2049.7此時(shí):t2t140200.17T1t114020P=T1T214040t2t140205R=由圖4-25 （拜見(jiàn)化學(xué)工業(yè)出版社的化工道理（第四版）147頁(yè)，可查得： 口0,8,所以，修改后的傳熱溫度差為： Gtm，| ； 49.7 0,83 41.3卜C ,殼程數(shù)為單程，管程數(shù)為2.0,則橫過(guò)牽制中間線的管數(shù)(1)采取多管程構(gòu)

13、造，取管板應(yīng)用率刀=0.7,則殼體內(nèi)徑為圓整可取D=600mm(2)換熱管的選型匯總依據(jù)以上的盤(pán)算可以得到如下的盤(pán)算成果：DN,mm600管程數(shù)2殼程數(shù)1管子根數(shù)190中間排管數(shù)17管程流暢面積,m2換熱面積，m2換熱器長(zhǎng)度,mm6000經(jīng)由過(guò)程查表，可以發(fā)明下面的構(gòu)造尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器：DN,mm600管程數(shù)2殼程數(shù)1管子根數(shù)232中間排管數(shù)16管程流暢面積,m2換熱面積，m2,mm6000設(shè)置折流板的目標(biāo)是為了進(jìn)步流速，增長(zhǎng)湍動(dòng)，改良傳熱，在臥式換熱器中還起支持牽制的感化.經(jīng)常應(yīng)用的有弓形折流板(圖1-20)和圓盤(pán)-圓環(huán)形折流板(圖 1-21 ),弓形折流板又

14、分為單弓 形圖1-20 (a).雙弓形圖1-20 (b).三重弓形圖1-20(c)等幾種情勢(shì).單弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h為殼體公稱直徑 Dg 的15%-45%,最好是20%,見(jiàn)圖1-22 (a);在臥式冷凝器中，折流 板底部開(kāi)一 90的缺口，見(jiàn)圖1-22 (b).高度為1520mm供停 工清除殘液用；在某些冷凝器中須要保存一部分過(guò)冷凝液使凝液泵 具有正的吸入壓頭，這時(shí)可采取堰的折流板，見(jiàn)圖1-22 (c).在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板面 前接近殼體處，會(huì)有一部分液體停止起來(lái)，形成對(duì)傳熱晦氣的“逝 世區(qū)”.為了清除這種弊病，宜采取雙弓形折流板或三弓形折流板.

15、從傳熱的不雅點(diǎn)斟酌，有些換熱器(如冷凝器)不須要設(shè)置折 流板.但為了增長(zhǎng)換熱器的剛度，防止管子振動(dòng)，現(xiàn)實(shí)仍然須要設(shè)置 必定命量的支承板，其外形與尺寸均按折流板一樣來(lái)處理.折流板與支承板一般均借助于長(zhǎng)拉桿經(jīng)由過(guò)程焊接或定距管來(lái)保持板間 的距離，其構(gòu)造情勢(shì)可拜見(jiàn)圖1-23.因?yàn)閾Q熱器是功用不合，以及殼程介質(zhì)的流量.粘度等不合，折 流板間距也不合，其系列為 ： 100mm,150mm,200mm,300mm,450mm,600mm,800mm,1000mm.許可的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 20%或50mm取個(gè)中較大 值.許可的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無(wú)相變時(shí),其最大折流板

16、間距不得大于殼體內(nèi)徑 ，不然流體流向 就會(huì)與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低.折流板外徑與殼體之間的間隙越小，殼程流體介質(zhì)由此泄露的量越少，即削減了流體的短路，使傳熱系數(shù)進(jìn)步，但間隙過(guò)小，給制作裝配帶來(lái)艱苦，增長(zhǎng)裝備成本，故此間隙要求合適.折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，見(jiàn)表5.5.1所列數(shù)據(jù).表5.5.1. 折流板厚度/ mm殼體公稱內(nèi) 徑/mm相鄰兩折流板間距/mm7502002503561010400700561010127001000681012161000610121616支承板厚度一般不該小于表5.5.2（左）中所列數(shù)據(jù).支承板許可不支承的最大間距可參考表5.5

17、.2 （右）所列數(shù)據(jù).殼體直徑/mm4004008009001200管子外徑/mm19253857支承板厚度/mm6810最大間距/mm1500180025003400經(jīng)選擇，我們采取弓形折流板，取弓形折流圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為：X600=150mm取折流板間距B=0.3D,則：X600=180mm可取 B=200mm因而查表可得：折流板厚度為 5mm支承板厚度為 8mm支承板 許可不支承最大間距為 1800mm.傳熱管長(zhǎng) 6000折流板數(shù)N傳熱管長(zhǎng) 6000折流板數(shù)NB=I折流板間距2001 29(塊)折流板圓缺面程度裝配.則接收內(nèi)徑為:0.093m4V 4 1994

18、9.5/(3600 825)0.093md=u3.14 1.0d=所以,取尺度管的內(nèi)徑為100mm.查表得，PN4.0MPa的接收外伸長(zhǎng)度為 150mm.取接收內(nèi)輪回水流速 u=1.5m/s,則接收內(nèi)徑:0.112m4 53052/(3600 996)0.112md=3.14 1.5d=取尺度管徑為120mm.查表得，查表得，PN 500時(shí),1。5(Re。)0.22n c一一橫過(guò)牽制中間線的管子數(shù)，對(duì)正三角形分列ncN b折流擋板數(shù)代入數(shù)值得：流體流經(jīng)折流板缺口的阻力個(gè)中|b 0.18m| Id 0.6m| |u。0.28m/sD殼徑,mB 折流才I板間距，m代入數(shù)值得：（3）總阻力經(jīng)由以上的

19、核算，我們發(fā)明，管程壓力降和殼程壓力降都相 符請(qǐng)求.水泵的選擇流量 |qm 53052Kg/h選管內(nèi)流速1/國(guó),估算管內(nèi)徑鋼管絕對(duì)光滑度取詵| 88.5mm 4硒水煤氣管,內(nèi)徑匚垂畫(huà),管路總長(zhǎng)為15m,個(gè)中 換熱器截面凌駕蓄水池概況10m,吸入管路長(zhǎng)5m鋼管絕對(duì)光滑度取uqv53.12.90m/s3600 d 2_一2900 3.14 (0.0805)4管內(nèi)流速.,0.35 c cc/c(/d 0.00430.35mm|,相對(duì)光滑度 805查得摩擦系數(shù)I0.028|,截止閥（全開(kāi)）|le/d 300，三個(gè)90 彎 頭|le/d 35 3 105管路的壓頭損掉由伯努利方程，得揚(yáng)程LC ,3 ，依

20、據(jù)已知流量 再53.1m/h揚(yáng)程H=17.1m （水柱）可從離心泵規(guī)格表中選用型號(hào)IS80-65-125油泵的選擇流量 回 19949.5Kg/h選管內(nèi)流速I(mǎi) 0前國(guó),估算管內(nèi)徑選| MOmm 45而水煤氣管,內(nèi)徑|d 131mm管路總長(zhǎng)為15m,兩截面間距離Z=8m管內(nèi)流速qv23600 d管內(nèi)流速qv23600 d424.2_2900 3.14 (0.131)0.50m/ s鋼管絕對(duì)光滑度取0.35mm|,相對(duì)光滑度/d 0.35 0.0027131查得摩擦系數(shù)I。.。3|,截止閥（全開(kāi)）Pe/d 300|,兩個(gè)90彎頭卜e/d 35 2 70管路的壓頭損掉由伯努利方程，得揚(yáng)程3依據(jù)已知流

21、量lqv 24.2m/h揚(yáng)程H=8.19 （水柱）可從離心泵規(guī)格表中選用型號(hào)IS80-65-160換熱器重要構(gòu)造尺寸和盤(pán)算成果表參數(shù)管程殼程進(jìn).出口溫度，c20/40140/40壓力，Pa9226流量,kg/h53052物 性物性溫度，c3090密度,kg/m3996825定壓比熱容,kJ/ （kg?C）粘度,Pa ?s熱導(dǎo)率,W/m? C結(jié) 構(gòu) 參情勢(shì)管板式換熱器殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑,mm600臺(tái)數(shù)1管徑,mm25 2.5管心距，mm32數(shù)管長(zhǎng),mm6000管子分列管數(shù)，根190折流板數(shù)，個(gè)29傳熱面積，m2折流板間距,mm200管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼重要盤(pán)算成果管程殼隹流速,m/s污垢熱阻,m2 C/W熱流量,KW傳熱溫差，c傳熱系數(shù),W/(m2K)面積裕度/%16.1%1天津大學(xué)化工道理教研室編化工道理上 .下冊(cè)(第二版)M,天津：天津科技出版社,19962柴誠(chéng)敬等.化工道理課程設(shè)計(jì)M,.天津：天津科學(xué)技巧出 版社,20003偉萍等編.化工進(jìn)程及裝備設(shè)計(jì)M,北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000.4潘國(guó)昌，化工裝備設(shè)計(jì)M,北京：清華大學(xué)出版社.20015婁愛(ài)娟，吳志泉，吳敘