柴油冷卻器設計說明書

1、長沙學院課程設計長 沙 學 院課程設計說明書題目柴油冷卻器設計系(部)生物工程與環(huán)境科學系專業(yè)(班級)11級生物營養(yǎng)1班姓名歐陽東曉學號2011032136指導教師羅卓起止日期2013.5.202013.5.31系主任_張建社_ 指導教師_羅卓_ 學生_歐陽東曉_編號：1.03一、設計題目名稱：年處理85000噸柴油油冷卻器的設計 二、設計條件：1柴油：入口溫度：145，出口溫度：45；2冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa，進口溫度20，出口溫度36）3允許壓強降，不超過105Pa；4每年按330天計；每天24 h連續(xù)運轉(zhuǎn)。5處理能力85000噸/年；6設備型式：列管式換熱器。7柴油定性溫度下

2、的物性數(shù)據(jù)見表1.1:表1.1柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.密度kg/m3導熱系數(shù)W/m.粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、設計內(nèi)容1熱量衡算及初步估算換熱面積；2. 冷卻器的選型及流動空間的選擇；3. 冷卻器的校核計算；4. 結(jié)構(gòu)及附件設計計算；5繪制帶控制點的工藝流程圖（A2）及冷卻器的工藝條件圖（A2）；6編寫設計說明書。四、廠址:長沙地區(qū)（大氣壓為10.28m水柱）五、設計任務完成臥式列管冷卻器的工藝設計并進行校核計算，對冷卻器的有關附屬設備的進行設計和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖及設備的工藝條件

3、圖，編寫設計說明書。六、設計時間安排二周：2013.5.202013.5.31 長沙學院課程設計鑒定表姓名歐陽東曉學號2011032136專業(yè)生物工程班級1班設計題目年處理85000噸柴油冷卻器指導教師羅卓指導教師意見：評定等級： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定等級：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名： 日期： 系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目 錄第1章 固定管板式柴油冷卻器的設計11.1設計任務11.2設計條件11.3設計要求1第2章 固定管板式柴油冷卻器的設計工藝計算書22.1確定設計方案2 2.1.1

4、選定換熱器類型2 2.1.2選定流體流動空間及流速22.2確定物性數(shù)據(jù)22.3 計算總傳熱系數(shù)2 2.3.1每小時處理柴油的能力2 2.3.2熱流量2 2.3.3冷卻水用量3 2.3.4計算平均傳熱溫差3 2.3.5總傳熱系數(shù)K32.4.計算傳熱面積42.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸4 2.5.1管徑和管內(nèi)流速4 2.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)4 2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)5 2.5.4傳熱管排列和分程方法5 2.5.5殼體內(nèi)徑5 2.5.6折流板5 2.5.7接管52.6 換熱器核算6 2.6.1熱量核算6 2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力72.7 附屬設備8 2.7.1封頭的設計8 2.7.2法蘭的

5、設計9第3章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果113.1主要結(jié)構(gòu)尺寸113.2 符號說明12第4章 輔助設備計算結(jié)果13 4.1油泵的設計結(jié) 論14致 謝15參考文獻16II第1章 固定管板式柴油冷卻器的設計1.1設計任務1.處理能力：柴油85000噸/年2.設備形式：固定列管式換熱器1.2設計條件1柴油：入口溫度：145，出口溫度：45；2冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa，進口溫度20，出口溫度36）3允許壓強降，不超過105Pa；4每年按330天計；每天24 h連續(xù)運轉(zhuǎn)。5處理能力85000噸/年；6設備型式：列管式換熱器。7柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見表1.1:表1.柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)

6、物料比熱kJ/kg.密度kg/m3導熱系數(shù)W/m.粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640 1.3設計要求完成臥式列管冷卻器的工藝設計并進行校核計算，對冷卻器的有關附屬設備的進行設計和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖及設備的工藝條件圖，編寫設計說明書。第2章 固定管板式柴油冷卻器的設計工藝計算書2.1確定設計方案兩流體均為無相變，本設計按非標準系列換熱器的一般設計步驟進行設計。2.1.1選定換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度145，出口溫度45；冷流體（循環(huán)水）進口溫度20，出口溫度36。該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時進

7、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，因此初步確定選用固定管板式換熱器。2.1.2選定流體流動空間及流速由于循環(huán)水易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用25×2.5mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/s。2.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為T=（145+45）/2=95（）管程流體的定性溫度為t=（20+36）/2=28（）根據(jù)定性溫度分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)見表2.1：表2.1定性溫度下殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.密度kg/m3導熱系數(shù)W/m.粘度Pa.s柴

8、油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640資料來源化工原理手冊2.3 計算總傳熱系數(shù)2.3.1每小時處理柴油的能力 qmo=2.3.2熱流量 Q=qmoCpoto=10732×2.56×103×（145-45）=2.7474×109J/h2.3.3冷卻水用量 2.3.4計算平均傳熱溫差 （以逆流計算） 2.3.5總傳熱系數(shù)K 2.3.5.1管程傳熱系數(shù)，故采用下式計算i 2.3.5.2殼程傳熱系數(shù)假設殼程給熱系數(shù) 2.3.5.3污垢熱阻 2.3.5.4.管壁的導熱系數(shù)碳鋼的導熱系數(shù)。 2.3.5.5.總傳熱系數(shù)=25

9、02.4.計算傳熱面積考慮15%的面積裕度，2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.5.1管徑和管內(nèi)流速選用的碳鋼換熱管，管內(nèi)流速2.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單管程計算所需換熱管的長度按單管程設計，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長，則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管的總根數(shù)2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程圖，得。于是。2.5.4傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數(shù)2.5.5殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整取2.5.6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

10、的25%，則切去的圓缺高度為，取。取折流板間距為，則，取折流板數(shù)折流板圓缺水平面裝配2.5.7接管殼程流體（原油）進出口接管：取接管內(nèi)原油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑 取標準管徑為 ø75.5mm3.75mm 管程流體（水）進出口接管，取接管內(nèi)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑取標準管徑為 ø165mm4.50mm2.6 換熱器核算2.6.1熱量核算(1)殼程對流傳熱系數(shù) 對于圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑由正三角形排列得殼程流通截面積 殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為黏度校正 圓缺型擋板時， (2)管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德

11、數(shù)分別為 (3)傳熱系數(shù)K(4)傳熱面積該換熱器的實際換熱面積該換熱器的面積裕度為換熱面積裕度合適，能夠滿足設計要求。2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力(1)管程流動阻力（Ft結(jié)垢校正系數(shù)，Np管程數(shù)，Ns殼程數(shù)）取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則，而，查圖得 對的管子有管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。(2)對殼程有折流擋板時，計算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計算比較麻煩，而且對換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細。工程計算中常采用Esso法，該法的計算公式如下：（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對液體Fs=1.15，Ns為殼程數(shù)）流體流經(jīng)管束的阻力

12、F為管子排列方式對壓強降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形錯列時，。為殼程流體的摩擦系數(shù)，當為橫過管束中心線的管數(shù)，。折流板數(shù)流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距，B=150mm,D=500mm該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設計的換熱器合適。2.7 附屬設備2.7.1封頭的設計選用標準：選取橢圓形封頭（JB1153-73）具體尺寸見圖2.1及表2.2圖2.1 橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖表2.2 封頭Dg4004,JB1154-73公稱直Dg(mm)曲面高h1(mm)直邊高度h2(mm)厚度(mm)5001252542.7.2法蘭的設計容器法蘭的選擇： 選用標準：JB4

13、7004707-2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見圖2.2。圖2.2 PN=0.25MPa甲型平焊法蘭管法蘭的選擇選用標準：HG20593-97 板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）。具體尺寸見圖2.3。圖2.3 PN=0.25MPa板式平焊鋼制法蘭（PL）第3章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果3.1主要結(jié)構(gòu)尺寸 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見表3.1表3.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果管子直徑/mm法蘭內(nèi)徑/mm螺栓孔中心圓直徑/mm公稱直徑/mm螺栓孔直徑/mm法蘭外徑/mm法蘭厚度/mm殼程進出口75.588.9110501414016管程進出口165170.52251501826520換

14、熱器型式：帶熱補償非標準的固定管板式管子規(guī)格25×2.5mm管數(shù)144根管長6m換熱面積：60m2間距mm32排列方式正三角形工藝參數(shù)折流板型式上下間距150mm切口25%設備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑500mm保溫層厚度無需保溫物料名稱循環(huán)水柴油接管表操作壓力MPa0.40.3序號尺寸用途連接型式操作溫度20/36145/451DN100循環(huán)水入口平面流量kg/h39933107322DN100循環(huán)水入口平面密度kg/m39948603DN50柴油入口平面流速m/s0.50.2204DN50柴油入口平面?zhèn)鳠崃縦W2.74747x106附工藝條件圖（略）總傳熱系數(shù)W/m2K374.5對流傳

15、熱系數(shù)W/m2K2905625污垢熱阻，m2K/W0.0003440.000172阻力降MPa0.0047110.004639程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼 3.2 符號說明英文字母B 折流板間距,m；d 管徑,m；D 換熱器外殼內(nèi)徑,m；F 摩擦系數(shù)；h 圓缺高度，m；K 總傳熱系數(shù)，W/（m2·oC）；L 管長，m；N 管程；NB折流板數(shù)；P 壓力，Pa；Pr 普蘭特準數(shù)；R 熱阻，m2·oC/WRe雷諾準數(shù)；S 傳熱面積，m2；T 熱流體溫度，oC；t 冷流體溫度，oC；u 流速，m/S；W質(zhì)量流量，Kg/S；希臘字母對流傳熱系數(shù)；W/（m2·oC）；有限差值

16、；導熱系數(shù)，W/（m2·oC）；粘度，Pa·s；密度，Kg/m3；下標c 冷流體；h 熱流體；i 管內(nèi)；m 平均；o 管外；s 污垢；Ft結(jié)垢校正系數(shù),對于的管子,取1.4Np-管程數(shù)Ns殼程數(shù)結(jié) 論課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，換熱器已經(jīng)成為當今工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設備，在生活中可以說得是無處不在。因此作為油氣儲運專業(yè)的大學來說掌握換熱器的開發(fā)技術是十分重要的。 回顧起此次換熱器的課程設計，至今我仍感慨頗多，在整整兩周的日子里，可以說是苦多

17、于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟是第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。 這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最

18、后在指導老師和同學們的辛勤指導與幫助下，終于游逆而解，在次我表示感謝！致 謝經(jīng)過兩個星期的課程設計，我學到了很多的東西。兩周的時間說長不長，說短也不短，盡管在課程設計這段時間內(nèi)我們遇到了相當多得困難，設計上的迷茫、計算上的難題、畫圖是的困難等很多阻礙，但是在老師與同學的幫助之下都一一解決了。很感謝指導老師羅卓老師和熱心同學們的無私幫助，特別是羅卓老師不厭其煩的為我們修改設計，指導我們繪制設計圖，兩周的時間老師給了我們很大的幫助，也教會了我們不少的知識。其次，在圖書館查閱資料的時候，圖書館的老師與同學們也在幫助我們查找資料，給了我們很大的幫助。感謝這篇課程設計所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇課程設計的