煤油冷卻器的設(shè)計(jì)原版

1、設(shè)計(jì)題目煤油冷卻裝置的設(shè)計(jì)一.設(shè)計(jì)要求：1 .處理能力：(X 104)噸/年煤油2 .設(shè)備型式：列管式換熱器二.操作條件：(1) 煤油入口溫度140C,出口溫度40C;(2)冷卻介質(zhì)自來水，入口溫度30C,出口溫度40C;(3)允許壓強(qiáng)降不大于105Pa;(4)煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度為 825kg/m3,粘度為X,比熱容為(kg. C),導(dǎo)熱系數(shù)為(m. C)o每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。三.設(shè)計(jì)項(xiàng)目1. 選擇適宜的列管換熱器并進(jìn)行核算。2. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、主體設(shè)備圖(含列管布置圖)。一、摘要換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的

2、熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的 設(shè)備。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另 一種流體則溫度較低，吸收熱量。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上 述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利 用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，對(duì)換熱器的要求也日益增強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié) 構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。根據(jù)不同的目 的，換熱器可以是熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器等。由于使用條件的 不同，換熱器可以有各種各樣的形式和結(jié)構(gòu)。在生

3、產(chǎn)中，換熱器有時(shí)是一個(gè)單獨(dú)的設(shè) 備，有時(shí)則是某一工藝設(shè)備的組成部分。衡量一臺(tái)換熱器好的標(biāo)準(zhǔn)是傳熱效率高、流體阻力小、強(qiáng)度足夠、結(jié)構(gòu)合理、 安全可靠、節(jié)省材料、成本低，制造、安裝、檢修方便、節(jié)省材料和空間、節(jié)省動(dòng)力。目 錄一、概述 1二、工藝流程草圖及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1工藝流程草圖 1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 2三、換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算2確定設(shè)計(jì)方案 2選擇換熱器的類型 2流體溜徑流速的選擇 2確定物性的參數(shù) 3估算傳熱面積 3熱流量 3平均傳熱溫差 3傳熱面積 3冷卻水用量 4工藝結(jié)構(gòu)尺寸 4管徑和管內(nèi)流速 4管程數(shù)和傳熱管數(shù) 4平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 4傳熱管排列和分程方法5殼體內(nèi)徑 5折流板 5接管5換熱器核算6熱流

4、量核算 6殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 6管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 7污垢熱阻和管壁熱阻 7計(jì)算傳熱系數(shù)Kc 7換熱器的面積裕度 8換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 8管程流體阻力8殼程阻力8四、設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)一覽表五、設(shè)計(jì)自我評(píng)價(jià)11六、參考資料12七、主要符號(hào)說明13一、概述在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器, 簡(jiǎn)稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體, 一種流體溫度較高, 放出熱量; 另一種流體則溫度較低吸收熱量。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器, 它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備, 并占有十分重要的地位。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換

5、熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。列管式換熱器有以下幾種：1、固定管板式固定管板式的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。2、U形管式U形管式每根管子均彎成U形，流體進(jìn)、出口分別安裝在同一端的兩側(cè)，封頭內(nèi) 用隔板分成兩室，每根管子可自由伸縮，來解決熱補(bǔ)償問題。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適

6、用于高溫和高壓的場(chǎng)合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。3、浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。二、 工藝流程草圖及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工藝流程草圖由于循環(huán)冷卻水易結(jié)垢，為便于水垢的清洗，選擇循環(huán)水做管程流體，煤油做 殼程流體。管程與殼程流體的進(jìn)出方向?yàn)樯蠄D所示，并選擇逆流傳熱。圖中水由泵 1 經(jīng)過管程沿所示方向流動(dòng)，煤油由泵 1經(jīng)過殼程沿所示方向流動(dòng)。冷卻循環(huán)水與煤油在設(shè)計(jì)的換熱器中進(jìn)行熱交換，煤油由初溫140c降溫至，40c冷卻循環(huán)水由初溫升

7、 30c溫至40C。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1) JB1145-73列管式固定管板熱交換器(2) JB1146-73立式熱虹吸式重沸器(3)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB151-89鋼制管殼式換熱器.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 發(fā)布，1989(4)鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定(5) JBT4715-1992固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)(6)容器、換熱器專業(yè)設(shè)備簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)規(guī)定(7) HG20519-92全套化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定(8)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) JB4732-95鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(9)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) JB4710-92鋼制塔式容器(10)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB16749-1

8、997壓力容器波形膨脹節(jié)三、換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算確定設(shè)計(jì)方案選擇換熱器的類型本次設(shè)計(jì)為煤油冷卻器的工藝設(shè)計(jì)，工藝要求煤油 （熱流體）的入口溫度140C, 出口溫度40 Co采用循環(huán)冷卻水作為冷卻劑降低熱的沒有溫度，冷卻水的入口溫度 30C,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合選廠地址的水資源現(xiàn)狀況，選定冷卻水的出口溫度40 Co根據(jù)間壁式換熱器的分類與特性表，結(jié)合上述工藝要求，最大使用溫差小于120C ,選用固定管板式換熱器，又因?yàn)楣軞闪黧w溫差大于60C,故因選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。流體流徑流速的選擇根據(jù)流體流徑選擇的基本原則，循環(huán)冷卻水易結(jié)垢，而固定管板式換熱器的殼 程不易清洗，且循環(huán)冷卻水的推薦流速大于煤油的

9、推薦流速，故選擇循環(huán)冷卻水為管 程流體，煤油為殼程流體。確定物性參數(shù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。管程流體的定性溫度為：140409090 (C)煤油90c下的物性數(shù)據(jù):30 40235 ( C)根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)煤油在90c下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)循環(huán)冷卻水在35c下的物性數(shù)據(jù)密度p o=825 kg/m3密度p i=994 kg/m3定壓比熱容Cp=(kg - K)定壓比熱容Cp=(kg ' K)導(dǎo)熱系數(shù)入 o= W/(m - K)導(dǎo)熱系數(shù)入 i= W/(m - K)粘度ii o= Pa s粘度ii i= Pa ' s、估算傳熱面積 熱流量41

10、9 8 10m0=27500 (kg/h )300 24Q=mcp0 A t0=27500X 義(140-40)=義 106kJ/h= kW,t.tct '12mtT-In1t2假設(shè)殼程傳熱系數(shù)：a平均傳熱溫差(14040) (4030) 39 ( L ),14040In 40300=400 W （m?c）,管壁導(dǎo)熱系數(shù) 入=45 W（m?c）則K=(m - K),則估算面積為：S' =Q/(K X A tm)= X 106/ X 39)=(m2)考慮15%勺面積裕度則：S=x =(m2)冷卻水用量Qcw0-icp. t .i i6. 105 1064. 08 103 (40

11、30)149632.4 (kg/h)、工藝結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管內(nèi)流速選用力25X較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼10）,取管內(nèi)流速ui= s管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)qV149632. 4 / 3600994d 2U0. 785 0. 0221. 54 i i=89 (根)按單程管計(jì)算,所需的傳熱管長(zhǎng)度為:d。%按單管程設(shè)計(jì),167. 78 =24( m 3. 14 0.025 89傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo) 準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)為l=6m,則該換熱器的管程數(shù)為:NP=L/l=24/6=4傳熱管總根數(shù)：Nt=89X 4=356 (根)平均傳熱溫差校正及

12、殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)：R=(140-40)/(40-30)=10;P=(40-30)/(140-30)=按單殼程，4管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表可得4At=平均傳熱溫差A(yù) tm=(|)A t A tm = X 3 9=32 ()由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管 心距t二,則t= X 25= 32(mn)橫過管束中心線的管數(shù)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)徑為D=1. 05t J按卷制殼體的進(jìn)級(jí)擋，圓整可取 D=800mm折流板采用弓形折流

13、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h=X 800=200 (mrm折流板間距B=，則-1= 60OO-1=23 (塊)250B=X 800=240mr< 250mm仔法的米斤z傳熱管長(zhǎng)折流板數(shù) N B=七/ML暗 折流板間距接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為u = s,則接管內(nèi)徑為:427500(3600825)3. 141. 01. 10 （項(xiàng),取管內(nèi)徑為110mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u= m/s,則接管內(nèi)徑為D24 149632.4(3600 994)193 mm3.14 1.5圓整可取D, =200mm。換熱器核算熱流量核算可米用

14、克恩公式:當(dāng)量直徑，由正三角排列得:4(t 2 d 2)de=，4-A.d0224 (0. 03220. 785 0. 0252)0. 020 ( m3. 14 0. 025殼程流通截面積:SoBD1 ，)0.80. 25小0.025、/ 2、(1) = (m)0. 032殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:27500(m/s)Uo=(3600825)0.210. 0440. 02 0. 21825 .Reo=48460.000715普朗特準(zhǔn)數(shù)2.2210371510 611. 34 ;Pr=0. 1400. 14粘度校正0. 140a)=0. 36 0. 02484610. 5511.34,3 =

15、 W/(m2 - K)q 0. 023 一 Re0.8 Rr 04 di管程流體流通截面積:S = xx 356/4= (m2)管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:=(m/s)149632.4/( 3600 994)0. 0279Ui =0. 02 1.499 994Re二0. 000725普朗特準(zhǔn)數(shù)4. 0810372510 6, ”Pr= 4. 730. 626-管2 40939.嚴(yán)“小 W/ i K)查有關(guān)文獻(xiàn)知可取:管外側(cè)污垢熱阻R0= m 2 - K/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ri= K/W管壁熱阻查有關(guān)文獻(xiàn)知碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為人=45 W/(m K)。=W/ (m c)計(jì)算傳熱面積S:c Q

16、 1695. 8 103/ 2、S= = (m2)Ktm 436.932該換熱器的實(shí)際傳熱面積:Sp = d0L(NAc) = x x x (356-23)=(吊)換熱器的面積裕度H=f X10。%/詈以100%=%傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。計(jì)算公式如下:Pi= (AP1+-AP2) NsNpF;Ns=1, N p=4, Fs=;l u22 P1二 i P2= i di2 ,2u=s,由Re=,傳熱管相對(duì)粗糙度20=,查莫狄圖得i =(W/ (m2 C),流速p =994kg/m3,所以259941 .268、 P1= 0.0388 = (Pa)；0.0222 P2=2994

17、1. 26822=(Pa)2Pt=(+)XX 1X4= (Pa) <100 KPa管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。2 P0= (AP1+A F2) FsNsFs= NS=1 P1= Ff0nc(NB+1)2u_.2-；F=f°=5X nc=23K=23,u 0=s Pi=XX 23X (23+1) X 825X2 = 3625 (Pa)流體流過折流板缺口的阻力 P2 =Nb (D)2UoTB=; D=;故B=23X(X) X 825X2=1202 (Pa),貝U總阻力： Po=3625+1202=4827(Pa) <100 KPa故殼程流體的阻力也適宜。四、設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)一覽表

18、換熱器型式：帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器管口表換熱面積：符號(hào)尺寸用途連接形式工藝參數(shù)a 200X6冷卻循環(huán)水入口平卸名稱管程殼程b 200X6冷卻循環(huán)水出口平卸物料循環(huán)水煤油c 100X4煤油入口平卸操作壓力，MPad 100X4煤油出口平卸操作溫度，C30/40140/40e57X排氣口平卸流量，kg/hX 106流體密度，kg/m3825圖 附流速，m/s熱負(fù)荷，kW總傳熱系數(shù)，W/(m 2 -C)對(duì)流傳熱系數(shù)4734污垢熱阻，m2 /W壓降，MPa程數(shù)41推薦使用材料低碳鋼低碳鋼列管管子規(guī)格()25X管數(shù)356mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式弓形水平間距，mm600切

19、口高度25%殼體內(nèi)徑，mm800五、設(shè)計(jì)自我評(píng)價(jià)作為化工專業(yè)的學(xué)生，我深知化工原理是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，進(jìn) 行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)訓(xùn)練對(duì)于加深我對(duì)課程的理解是非常重要和有意義的。通過本次設(shè)計(jì)， 我學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較適合的資 料，根據(jù)資料確定主要工藝流程，主要設(shè)備，及計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)參 數(shù)及數(shù)據(jù)。了解到了工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過程中要進(jìn)行工藝參數(shù)的計(jì)算。通過設(shè)計(jì)不但鞏固 了對(duì)主體設(shè)備圖的了解，還學(xué)習(xí)到了工藝流程圖的制法。通過本次設(shè)計(jì)不但熟悉了化 工原理課程設(shè)計(jì)的流程，加深了對(duì)冷卻器設(shè)備的了解，而且學(xué)會(huì)了更深入的利用圖書 館及網(wǎng)上資源，對(duì)前面所學(xué)課程

20、有了更深的了解。但由于時(shí)間較為倉促，查閱的文獻(xiàn) 有限，本次設(shè)計(jì)還有很多不完善的地方。首先，本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，離不開羅老師的悉心指導(dǎo)和耐心講解，有了她的 指導(dǎo)使得我們更快的進(jìn)入課程設(shè)計(jì)的狀態(tài)，使我們少走彎路。老師傳授給我們的專業(yè) 知識(shí)是我們不斷成長(zhǎng)的源泉，也是完成本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在跟隨老師學(xué)習(xí)的過程中，我 們學(xué)到了掌握了全新而實(shí)用的學(xué)術(shù)思想和設(shè)計(jì)方法。再次感謝羅老師在百忙之中抽出 時(shí)間對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行查閱和審核，我們?cè)诖吮硎局孕牡母兄x！本設(shè)計(jì)是我們第一次做化 工原理課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中我們逐步摸索，反復(fù)推敲和修改，但鑒于只是水平有限， 不足之處敬請(qǐng)老師給予指正。我們不勝感激！其次非常感謝我們的同學(xué)，正是有你們?cè)谝黄鹩懻摚攀刮覀冚^快及順利地在較 短時(shí)間內(nèi)完成本設(shè)計(jì)。在和大家交流過程中，我們學(xué)到了很多，深深感到團(tuán)結(jié)力量的 偉大，人際關(guān)系的重要性。正是因?yàn)橛辛舜蠹?，才使我們艱難壓抑的設(shè)計(jì)變得不再枯 燥，而是充滿歡