列管式換熱器課程設(shè)計(jì)說明書

列管式換熱器課程設(shè)計(jì)說明書1.工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書!=一、 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一煤油冷卻器二、 設(shè)計(jì)條件：1、 處理能力160000噸/年2、 設(shè)備型式列管式換熱器3、 操作條件流體名稱入口溫度/°c出口溫度/c物料煤油14080加熱冷卻介質(zhì)自來水3050允許壓力降：0.02MP。 熱損失：按傳熱量的10%計(jì)算每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行三、設(shè)計(jì)內(nèi)容4、 前言5、 確定設(shè)計(jì)方案（設(shè)備選型、冷卻劑選擇、換熱器材質(zhì)及載體流入空間的選擇）6、 確定物性參數(shù)7、 工藝設(shè)計(jì)8、 換熱器計(jì)算（1） 核算總傳熱系數(shù)（傳熱面積）（2） 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力校核（計(jì)算壓降）9、 機(jī)械結(jié)構(gòu)的選用（1） 管板選用、管子在管板上的固定、管板與殼體連接結(jié)構(gòu)（2） 封頭類型選用（3） 溫差補(bǔ)償裝置的選用（4） 管法蘭選用（5） 管、殼程接管10、 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表11、 結(jié)束語（包括對(duì)設(shè)計(jì)的自我評(píng)書及有關(guān)問題的分析討論）12、 換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸（4#圖紙）13、 參考資料目錄2.流程圖設(shè)計(jì)計(jì)算4.1設(shè)計(jì)任務(wù)與條件某生產(chǎn)過程中，用自來水將煤油從140°C冷卻至80°C。已知換熱器的處理能力為160000噸/年，冷卻介質(zhì)自來水的入口溫度為30C，出口溫度為50C,允許壓力降為0.02MP。，熱損失按傳熱量的10%計(jì)算，每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。4.2設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1確定設(shè)計(jì)方案選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度T1140C，出口溫度T280C,冷流體進(jìn)口溫度七30C，出口溫度1250C。進(jìn)口溫度差T廣\=110C>100C，因此初步確定選用浮頭式換熱器。管程安排由于自來水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長速度，使換熱器熱流量下降，而且管程較殼程易于清洗，再加上熱流體走殼程可以使熱流體更易于散熱，減小能耗，所以從總體考慮，應(yīng)使自來水走管程，混合氣體走殼程。4.2.2確定物性參數(shù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)、出口溫度的平均值。故殼程煤油的定性溫度為管程流體的定性溫度為30+50t= =40C查資料得，煤油在110C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:P=825kg,m3Ph=0.715mPa-sCh=2.2kj/（kg?。C）\=0.140W/（m?。C）

水在40°C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:P=992.2kg/m3Pc=0.6560mPa-sC=4.174kj/(kg?。C)人=0.6338W；(m?oC)4.2.3估算傳熱面積1、計(jì)算傳熱量熱流體的質(zhì)量流量:160000x160000x1000330x24=20202kg.h熱流體損失的熱量:Q=Wh熱流體損失的熱量:Q=WhCh(T1-T2)=20202x2.2x(140-80)=2666664kJh2、冷卻水用量由于熱流體在傳熱過程中會(huì)損失10%的熱量，因此冷流體的質(zhì)量流量為:EQ-10%Q 2666664—0.1x2666664W= = cC(t2-11) 4.174x(50-30)=28749.4kg；h3、平均傳熱溫差A(yù) At-At&'=A At-At&'=ln—2-At1(140-50)-(80-30)ln!^80-30=68.05(oC)p=t,-' 50-30_〔-t：=0.1818140-30R=注==3t2-t1 50-30根據(jù)P、R值查有關(guān)資料可得中=0.95>0.8，因此選用單殼程的列管式換熱器。At=^At'=0.95x68.05=64.6475oC4、假設(shè)

K=500W.（m?。C）傳熱面積：A0.9Q 0.9x740740A=———= =20.62m2KAt 500x64.64754.2.4管束計(jì)算1、 管子的確定管徑425x2mm2、 管數(shù)計(jì)算假設(shè)流速u=0.8m/s管數(shù)一W_兀一W_兀I:~d2up4i28749.4/3600兀-x0.0212x0.8x992.24=29.1（根）^30（根）3、管長計(jì)算20.62A20.62l= = =10.4（m）n-di 30x3.14x0.021所以選擇6m長的管，雙管程，m=24、排管按照正三角形排列，每行管數(shù)分別為5、6、7、8、9、9、8、7、6、5,因此總管數(shù)N=70，其中有四根是拉桿，則管數(shù)N=66管心距t=1.25d=1.25x25=32mm5、殼體直徑取管板利用率門=0.75D=1.05t\.'N/門=1.05x0.032xv66/0.75=315.2(mm)取標(biāo)準(zhǔn)D=400mm6、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=0.25x400=100(mm)取折流板間距B=0.5D(0.2D<B<D)

B=0.5x400=200(mm)折流管數(shù)目NB傳熱管長 _6000~:~ 1= 1=29折流板間距 2004.2.5換熱器核算1、K值的核算熱流體流量十2020火/h=5.6麻/s冷流體流量七=28749.4kg/h=7.99kg/s（B=0.5x400=200(mm)折流管數(shù)目NB傳熱管長 _6000~:~ 1= 1=29折流板間距 2004.2.5換熱器核算1、K值的核算熱流體流量十2020火/h=5.6麻/s冷流體流量七=28749.4kg/h=7.99kg/s（1）管程對(duì)流傳熱系數(shù)管內(nèi)水的實(shí)際流速：ui7.993.14n5 66=0.705m/、—d2p—— x0.0212x992.2x-4i2 4 2管內(nèi)液體雷諾數(shù) Rei冬=0.021xO'05x992.2=2.24x104日 0.6560x10-3c4.174x103x0.6560x10-^4320.6338管程對(duì)流傳熱系數(shù)以=0.023—Re0.8Pr0.4=0.023x0.6338x(2.24x104)o.8x4.32爵=3766idii 0.021(2)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)4(1!12--d2)4x(l!x0.0322—314x0.0252)殼體的當(dāng)量直徑de=一2 = 2 4 =0.02m兀d 3.14x0.025o d 25、殼體流通截面積S=BD(1-勺)=0.2x0.4x(1-2|)=0.0175(m2)殼內(nèi)流體流速 u=E-=——561——=0.398(m/s)oSph0.0175x825雷諾數(shù)0.02x0.389x8250.715x10-3—=8977h殼程對(duì)流傳熱系數(shù)以=0.36Re0.55Pr1/3——hde=0.36x8977以=0.36Re0.55Pr1/3——hde0.02(3)總傳熱系數(shù)查資料得r=6.8788x10_4(m2-oC/W)R=1.72x10_4(m2-oC/W)則實(shí)際的K值為K= kR+當(dāng)+Rd+4以iXdod以d1m° °11 0.002x21 21 21 +6.8788x10_4+ +1.72x10_4x一+

3766 50x23 25843.0x25=469估算的K值與實(shí)際K值之差小于50,因此，K值核算合格2、傳熱面積核算心些KAt0.9x740740469x64.6475=22.0(m2)A=兀dN'(/_0.04x2)=3.14x0.021x66x(6—0.08)=25.8(m2)iA_25.8A_22^=1.17傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)3、換熱器內(nèi)壓降的核算管程阻力Ap=(Ap+Ap)NNFi 1 2sptRe雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得N=1,N=2,F=Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得由Re.=2.24x104，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01，查參考文獻(xiàn)中XX=0.04lP"2lP"2 i—d2=0.04x—x0.021992.2x0.70522=2818戶。AcP"2 992.2x0.7052Ap=3^2.=3x =740PaAp=(2818+740)x1x2x1.4=9962.4Pa<0.02MPai管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力Ap=(%+△%')FN其中N=1,F=1流體流經(jīng)管束的阻力ApJFfn(N+1)^A21 ‘0cB 2其中F=0.5,f-5.ORe_0.228-5.0x8977—0.228—0.63n=1?=1.1X\66—8.9cNb—02—1—29825x03892Ap1'=0.5x0.63x8.9x(29+1)x _——5249.8尸。流體流過折流板缺口的阻力Ap'=N(3.5—四)E22BD2其中h=0.1m,D=0.4m，則A"，W，亦2x0.1 825x0.3892 54305所Ap=29x(3.5— )x —5430.5pa2 0.4 2總阻力Ap—5249.8+5430.5—10680.3Pa<0.02MPa殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。4.2.6殼體設(shè)計(jì)殼體厚度計(jì)算:其中D1—400mm，p=0.11MPa， "1—112MPa，^=0.85(雙面焊縫)C=0.8mm，c=1mm故&— 0.11x400 +0.8+1—2.03d 2x112x0.85—0.11所以選取壁厚為3mm的殼體

4.2.7設(shè)備零部件設(shè)計(jì)（1） 封頭的選取根據(jù)殼體公稱直徑查參考文獻(xiàn)5中的附錄6.3,選取公稱直徑為450mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。（2） 法蘭的選取根據(jù)管的公稱直徑參照標(biāo)準(zhǔn)選取相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)法蘭（3） 管板的選?。?） 接管的選取殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油的流速u=2m/s,則接管內(nèi)徑為=0.066(m)，4W -4x20202/3600=0.066(m)D=，——h= 1VPUK 825x2x3.14圓整后選取外徑為70mm，壁厚為3mm的標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水的流速u=2m/s，則接管內(nèi)徑為為D=：直=：4x28749.4/360。=0.072（〃2\，pu兀 992.2x2x3.14圓整后選取外徑為76mm，壁厚為3mm的標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管管板厚度5=40mm，內(nèi)徑D=400mm接管長度均為200mm。換熱器主要結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)尺寸見附表1附表1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/(kg/h)28749.420202進(jìn)（出）口溫度/°C30(50)140(80)壓力/Pa9962.410680.3物性定性溫度/C40110密度/(kg/m2)992.2825定壓比熱容［kJ/（kg.C）］4.1742.2粘度/mPa?s0.65600.175

熱導(dǎo)率/[W/(m.°C)]0.63380.140普朗特?cái)?shù)4.3211.24設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm400臺(tái)數(shù)1管徑/mm425x2管心距/mm32管長/mm6000管子排列正三角形管數(shù)目/根70折流板數(shù)/個(gè)29傳熱面積/m225.8折流板間距/mm200管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程口殼程流速/(m/s)0.7050.389表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(m2.°C)3766843.0污垢熱阻/(m2.°C/W))6.8788x10-41.72x10-4阻力/MPa9962.410680.3熱流量/W740740傳熱溫差/°C110°C傳熱系數(shù)/(m2.°C/W)469裕度/%1.17設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)本設(shè)計(jì)通過對(duì)面積校核，壓降校核，壁溫校核等計(jì)算可知均滿足要求，且傳熱效率較好，能很好的完成任務(wù)。經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益評(píng)價(jià)：生命周期方法是一種針對(duì)產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程,它通過對(duì)能量和物質(zhì)消耗以及由此造成的廢棄物排放進(jìn)行辨識(shí)和量化，來評(píng)估能量和物質(zhì)利用對(duì)環(huán)境的影響，以尋求對(duì)產(chǎn)品或工藝改善的途徑。這種評(píng)價(jià)貫穿于產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝活動(dòng)的整個(gè)生命周期，包括原材料的開采和加工、產(chǎn)品制造、運(yùn)輸、銷售、產(chǎn)品使用與再利用、維護(hù)、再循環(huán)及最終處置。本設(shè)計(jì)中使用水作冷卻劑，無污染，耗資少，無有害氣體產(chǎn)生，整個(gè)過程簡(jiǎn)單，易操作，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益良好。本設(shè)計(jì)中面積，傳熱系數(shù)，壓降等均有比較好的裕度保證，即使生產(chǎn)使用中出現(xiàn)比