煤油換熱器的設(shè)計(jì)方案

1、.PAGE ：.； 化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)題：用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者： 班級(jí)： 指點(diǎn)教師： 設(shè)計(jì)成果：計(jì)算 闡明書(shū) 圖紙 總分 日 期： 設(shè)計(jì)義務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)標(biāo)題：用水冷卻煤油產(chǎn)品的列管式換熱器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)條件(1)煤油 處置量：16噸/小時(shí) 進(jìn)口溫度：130 出口溫度：40 壓強(qiáng)降：101.3kPa(2)冷卻水進(jìn)口溫度：10-20 出口溫度：30-40 壓強(qiáng)降：101.3kPa 三、設(shè)計(jì)義務(wù)：(1)根據(jù)設(shè)計(jì)條件選擇適宜的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積、壓力降能否滿足要求，并設(shè)計(jì)管道與殼體的銜接，管板與殼體的銜接、折流板等。(2)繪制列管式換熱器的裝配圖。(3)編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)闡明

2、書(shū)。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc279431945 一、 設(shè)計(jì)條件 PAGEREF _Toc279431945 h 4 HYPERLINK l _Toc279431946 二、設(shè)計(jì)闡明書(shū) PAGEREF _Toc279431946 h 4 HYPERLINK l _Toc279431947 1、設(shè)計(jì)原那么： PAGEREF _Toc279431947 h 4 HYPERLINK l _Toc279431948 1滿足工藝和操作的要求 PAGEREF _Toc279431948 h 4 HYPERLINK l _Toc279431949 2滿足經(jīng)濟(jì)上的

3、要求 PAGEREF _Toc279431949 h 4 HYPERLINK l _Toc279431950 3保證平安消費(fèi) PAGEREF _Toc279431950 h 4 HYPERLINK l _Toc279431951 2、設(shè)計(jì)標(biāo)題及原始數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc279431951 h 5 HYPERLINK l _Toc279431952 3、論述換熱器總體構(gòu)造(換熱器型式、主要構(gòu)造)的選擇 PAGEREF _Toc279431952 h 5 HYPERLINK l _Toc279431953 3.1管束及管殼分程 PAGEREF _Toc279431953 h 5 HYPER

4、LINK l _Toc279431954 3.2傳熱管 PAGEREF _Toc279431954 h 5 HYPERLINK l _Toc279431955 3.3管子布置 PAGEREF _Toc279431955 h 5 HYPERLINK l _Toc279431956 3.4管板 PAGEREF _Toc279431956 h 6 HYPERLINK l _Toc279431957 3.5管子與管板的銜接 PAGEREF _Toc279431957 h 6 HYPERLINK l _Toc279431958 3.6管板與殼體的銜接 PAGEREF _Toc279431958 h 6

5、HYPERLINK l _Toc279431959 3.7折流板 PAGEREF _Toc279431959 h 6 HYPERLINK l _Toc279431960 3.8殼體直徑及厚度 PAGEREF _Toc279431960 h 7 HYPERLINK l _Toc279431961 3.9管子在管板上的固定方法 PAGEREF _Toc279431961 h 7 HYPERLINK l _Toc279431962 3.10主要附件 PAGEREF _Toc279431962 h 7 HYPERLINK l _Toc279431963 3.11資料選用 PAGEREF _Toc279

6、431963 h 7 HYPERLINK l _Toc279431964 4、換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等)； PAGEREF _Toc279431964 h 8 HYPERLINK l _Toc279431965 4.1初算傳熱面積 PAGEREF _Toc279431965 h 8 HYPERLINK l _Toc279431966 4.2計(jì)算換熱器的概略尺寸 PAGEREF _Toc279431966 h 8 HYPERLINK l _Toc279431967 4.3流體定性溫度確實(shí)定 PAGEREF _Toc279431967 h 9 H

7、YPERLINK l _Toc279431968 4.4總傳熱系數(shù)K的計(jì)算 PAGEREF _Toc279431968 h 9 HYPERLINK l _Toc279431969 4.5管壁溫度 PAGEREF _Toc279431969 h 11 HYPERLINK l _Toc279431970 4.6壓力損失計(jì)算 PAGEREF _Toc279431970 h 11 HYPERLINK l _Toc279431971 5、設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等) PAGEREF _Toc279431971 h 13 HYPERLINK l _Toc279431972 6、參考文獻(xiàn) PAG

8、EREF _Toc279431972 h 14 HYPERLINK l _Toc279431973 7、設(shè)計(jì)評(píng)述 PAGEREF _Toc279431973 h 14一、 設(shè)計(jì)條件1處置才干 16噸/小時(shí)2.設(shè)備型式 列管式換熱器3.操作條件1煤油：入口溫度130，出口溫度402冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度1020，出口溫度30403允許壓強(qiáng)降：小于101.3kPa4.設(shè)計(jì)工程1設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：A選擇換熱器的類(lèi)型：兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度130 出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度10，出口溫度為30，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，初步確定選用列管式換熱器。B管程安排：從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使煤油

9、走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，假設(shè)其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降；又被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱。所以從總體思索，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。2根據(jù)設(shè)計(jì)條件選擇適宜的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積、壓力降能否滿足要求，并設(shè)計(jì)管道與殼體的銜接，管板與殼體的銜接、折流板等。3繪制列管式換熱器的裝配圖。二、設(shè)計(jì)闡明書(shū)設(shè)計(jì)原那么：1滿足工藝和操作的要求設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備首先要保證質(zhì)量，操作穩(wěn)定，這就必需配置必要的閥門(mén)和計(jì)量?jī)x表等，并自確定方案時(shí)，思索到各種流體的流量，溫度和壓強(qiáng)變化使采取什么措施來(lái)調(diào)理，而在設(shè)備發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)，加修應(yīng)方便。2滿足經(jīng)濟(jì)上的要求在

10、確定某些操作目的和治本和選定設(shè)備型式以及儀表配置時(shí)，要有經(jīng)濟(jì)核算的觀念，既能滿足工藝和操作要求，又使施工簡(jiǎn)便，資料來(lái)源容易,造價(jià)低廉。假設(shè)有廢熱可以利用，要盡量節(jié)省熱能，充分利用，或者采取適當(dāng)?shù)拇胧┑竭_(dá)降低本錢(qián)的目的。3保證平安消費(fèi)在工藝流程和操作中假設(shè)有爆炸、熄滅、中毒、燙傷等危險(xiǎn)性,就要思索必要的平安措施。又如設(shè)備的資料強(qiáng)度的演算，除按規(guī)定應(yīng)有一定的平安系數(shù)外，還應(yīng)思索防止由于設(shè)備中壓力忽然升高或者呵斥真空而需求安裝平安閥等。以上提到的都是為了保證平安消費(fèi)所需求的。 設(shè)計(jì)方案也能夠一次定不好，后來(lái)需求修正，但各物料流通道路和操作目的的改動(dòng)都對(duì)后面的計(jì)算有影響，所以最好第一次確立就思索周到些

11、。設(shè)計(jì)標(biāo)題及原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一處置量為 16噸/小時(shí)煤油的列管式換熱器，煤油入口處溫度為130，出口溫度為40。冷卻水的入口處溫度為1020，出口溫度3040，允許壓強(qiáng)降：小于101.3kPa。 煤油流量為論述換熱器總體構(gòu)造(換熱器型式、主要構(gòu)造)的選擇換熱器的構(gòu)造設(shè)計(jì)包括：管子在管板上的固定，能否需求溫差補(bǔ)償安裝的設(shè)計(jì)，管板的強(qiáng)度，管板與殼體的銜接構(gòu)造，折流板與隔板的固定，蓋板與法蘭的設(shè)計(jì)，個(gè)部件的公差及技術(shù)條件等。3.1管束及管殼分程3.1.1管束分程為理處理管束添加引起管內(nèi)流速及傳熱系數(shù)的降低，可以將管束分程。在換熱器的兩端的管箱中安頓一定數(shù)量的隔板，普通每程中管束大致相等。留意溫差較大的流

12、體應(yīng)防止緊鄰以免引起較大的溫差應(yīng)力。管束分程應(yīng)優(yōu)先思索偶數(shù)管程，由于從制造、安裝、操作的角度來(lái)思索，偶數(shù)管程有較多的方便之處。但是管程數(shù)不宜太多，否那么隔板本身占去相當(dāng)大的布管面積，且在殼程中構(gòu)成旁路，影響傳熱。13 45 63.1.2殼程分程殼程分程型式可分為E型、F型、G型、H型。他們的不同之處在于殼側(cè)流體進(jìn)出口的位置不同。同時(shí)思索到制造上的困難，普通的換熱器殼程數(shù)很少超越2。3.2傳熱管傳熱管采用普通鋼管或異形管。光滑管常用的規(guī)格有19mm2mm,25mm2.5mm兩種。當(dāng)換熱器的傳熱系數(shù)不是很高時(shí)，為了強(qiáng)化傳熱，可采用異形管，如翅片管、螺紋管，其都可以顯著提高傳熱膜系數(shù)，但是制造困難，

13、流體流動(dòng)的阻力提高。管子的直徑與長(zhǎng)度確實(shí)定與工藝親密相關(guān)，長(zhǎng)的選擇應(yīng)根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的管長(zhǎng)的規(guī)格系列(常有3m 、6m、9m)截取時(shí)因思索管材的合理運(yùn)用，防止浪費(fèi)。3.3管子布置管子布置應(yīng)在換熱器的截面上均勻而緊湊的分布，此外還有思索流體的性質(zhì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)及制造等方面的問(wèn)題管于的陳列方式有等邊三角形和正方形兩種，如圖(a)、圖(b)所示。與正方形相比，等邊三角形陳列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高、外表傳熱系數(shù)大。正方形陳列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對(duì)易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形陳列的管束斜轉(zhuǎn)45度安裝如圖(c)可在一定的程度上提高對(duì)流傳熱系數(shù)。3.4管板管板用來(lái)固定換熱管并起著分隔

14、管程、殼程的作用。管板型有平管板橢圓型管板和雙管板，其中最常見(jiàn)的是平管板。當(dāng)流體有腐蝕性時(shí)，管板應(yīng)采用耐腐蝕資料，工程上多采用軋制成的符合不銹鋼，或在碳鋼外表堆焊一層厚度不小于5mm的覆蓋層。當(dāng)換熱器接受高溫高壓時(shí)，應(yīng)采用薄型管板，即降低了溫差應(yīng)力，同時(shí)也滿足了高壓對(duì)機(jī)械應(yīng)力的要求。薄管板的突出優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約管板資料，高壓時(shí)殼節(jié)約90%，且加工方便。所以在中低壓換熱器中得以推行運(yùn)用。3.5管子與管板的銜接在管殼式換熱器的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，管子與管板的銜接能否嚴(yán)密非常重要。假設(shè)銜接不嚴(yán)密，在操作時(shí)銜接處發(fā)生泄露，冷熱流體相互混合，會(huì)呵斥物料和熱量損失；假設(shè)物料帶有腐蝕性、放射性或者兩種流體接觸會(huì)產(chǎn)生易燃易

15、爆物質(zhì)，后果將更加嚴(yán)重。在固定管板式換熱器的銜接方法處還應(yīng)思索能接受一定的軸向力，以防止溫度變化較大時(shí)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力使管子從管板脫出。焊接法由于具有很多的優(yōu)點(diǎn)加工簡(jiǎn)單、對(duì)管孔的加工要求不高，較強(qiáng)的抗脫才干使之在高溫高壓下仍能堅(jiān)持銜接處的嚴(yán)密性，同時(shí)在壓力不太高時(shí)還可采用薄型管板，在一些要求較高的場(chǎng)所被廣發(fā)的運(yùn)用。3.6管板與殼體的銜接浮頭式換熱器通常是把管板夾在殼體法蘭與管箱法蘭之間便于管殼程一同清洗。3.7折流板換熱器內(nèi)安裝折流擋板是為了提高完程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。為了獲得良好效果，折流擋板的尺寸和間距必需適當(dāng)。對(duì)于常用的圓缺形擋板，弓形切口太大或太小，都會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)“死區(qū)，如下圖，不利于傳熱

16、，且添加流體阻力。普通切口高度與直徑之比為0.150.45，常見(jiàn)的有0.20和0.25兩種。a切口過(guò)小，板間過(guò)大b切口適當(dāng)c切口過(guò)大擋板的間距對(duì)殼程的流動(dòng)有重要的影響，間距太大不能保證流體垂直流過(guò)管束，使得管外給熱系數(shù)降低，間距太小又不方便檢修，阻力損失也很大。普通采用間距為殼體的0.2-1.0倍。取折流板間距B=0.3D，那么 B=0.3500=150mm，可取B為150mm。 而對(duì)圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要的影響。弓形缺口太大還是太小都有能夠呵斥流體“死區(qū)，既不利于傳熱也不利于流體的流動(dòng)。普通來(lái)說(shuō)，弓形缺口的高度可取殼程高度的0.10.4。據(jù)以上原理可以選擇的

17、缺口高度以及擋板常采用0.2和0.25采用弓形折流板，去弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，那么切去的圓缺高度為 h=0.25600=130mm，故可取h=130mm折流板數(shù)目NB3.8殼體直徑及厚度 換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)踐管數(shù)、管徑、管中心距及管子的陳列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，用作圖法就太費(fèi)事。普通在初步設(shè)計(jì)小，可光分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列規(guī)范中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍運(yùn)用作圖法畫(huà)出管子陳列圖。為了使管子陳列均勻，防止流體走短流，可以適當(dāng)

18、增減一些管子。3.9管子在管板上的固定方法管于在管板上的固定方法主要有脹接和焊接兩種。其選擇原那么是必需保證管子與管板銜接結(jié)實(shí)，銜接處不會(huì)產(chǎn)生走漏。實(shí)踐消費(fèi)中，高溫高壓情況下有時(shí)采用脹接加焊接的方法，對(duì)非金屬管和鑄鐵管也有采用墊塞法的。3.10主要附件 封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于小直徑 (400mm)的殼體，圓形用于大直徑的殼體。 緩沖擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。 導(dǎo)流桶 殼程流體的進(jìn)、出口和管扳問(wèn)必存在有一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流簡(jiǎn)，使流體進(jìn)、出殼積時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。 放氣孔、排液孔 換熱器的殼

19、體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。3.11資料選用 列管換熱器的資料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下普通資料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的資料是很少有的。目前常用的金屬資料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬資料有石墨、聚四氖乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價(jià)錢(qián)高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、 換熱管型號(hào)、殼體直徑等)；4.1初算傳熱面積熱量衡算查的煤油在平均溫度85下的比熱容為。水在平均溫度35下的比熱容為，那么熱傳量 ：冷卻水量 1對(duì)數(shù)平均溫差 (以

20、逆流計(jì)假定冷卻器為殼層單程，管程6程的1-76型換熱器，那么 修正系數(shù) 所以 假設(shè) 總傳熱系數(shù) 那么傳熱面積 4.2計(jì)算換熱器的概略尺寸傳熱管采用碳鋼資料，管長(zhǎng)去6m那么需求管子數(shù)：為便于布管，普通采取管程的倍數(shù)，即。管子布置。管殼內(nèi)徑,。管間距。正方形陳列，折流板采用25%的圓缺性折流板，那么錯(cuò)流管管排數(shù) 中心線或中心線附近管子根數(shù)每塊折流板上傳熱空個(gè)191，固定拉桿空4個(gè)，因此，折流板上圓缺部分管排數(shù)，折流板上圓缺部分管子44根數(shù)，加上兩根固定拉桿,。如是折流板數(shù)，那么折流板間隔： 4.3流體定性溫度確實(shí)定流體定性溫度可取流體出入口溫度的平均值，為更為準(zhǔn)確期間，可利用圖4-41進(jìn)展計(jì)算：

21、高溫端中總熱系數(shù)； 低溫段總傳熱系數(shù)對(duì)于煤油 高溫端溫差：低溫端溫差：所以 查圖4-41，溫度修正系數(shù)，那么熱流體定性溫度：冷流體定性溫度：4.4總傳熱系數(shù)K的計(jì)算管側(cè)傳熱膜系數(shù)每程管側(cè)的流道面積 所以管內(nèi)冷卻水的質(zhì)量流速： 查定性溫度時(shí)水的物性： 修正系數(shù) 又 假定 ，那么殼層傳熱膜系數(shù)熱交換器中心線或距中心線最近的灌排上錯(cuò)流動(dòng)的最大流道面積： 熱交換器中心線或距中心線最新管派上錯(cuò)流流動(dòng)的最小質(zhì)量流速： 查的定性溫度下，煤油的物性： 正方形陳列是冠群的當(dāng)兩只經(jīng)用式4-7)計(jì)算： m 那么 帶入克恩公式：假設(shè)污垢系數(shù)查有關(guān)文獻(xiàn)可知：管內(nèi)側(cè)管外側(cè)另外，管子材質(zhì)金屬導(dǎo)熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K與前面假設(shè)的

22、K值比較，比較吻合。5傳熱面積裕度傳熱面積 該換熱器實(shí)踐傳熱面積為Ap面積裕度4.5管壁溫度查下煤油粘度，水的粘度對(duì)管程：對(duì)殼程：所以計(jì)算管側(cè)、殼側(cè)時(shí)假定的值是正確的。4.6壓力損失計(jì)算.殼程管程修正系數(shù) 時(shí)的摩擦阻力系數(shù)。直管部分的壓力損失管箱處壓力損失管側(cè)壓力損失之和 所以，管側(cè)、殼側(cè)的壓力損失均滿足要求，該設(shè)計(jì)可行。設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等)；參數(shù)管程殼程流體冷卻水煤油進(jìn)/出口溫度/20/30130/40物性定性溫度/23.369.7密度/kg/m3993800定壓比熱容/kJ/kgk4.1742.0粘度/Pas6.470.91熱導(dǎo)率W/mk 0.620.18設(shè)備構(gòu)造參數(shù)方式列管式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/600臺(tái)數(shù)1管徑/2520管心距/32管長(zhǎng)/6000管子陳列正方形陳列管數(shù)目/根234折流板數(shù)/個(gè)28傳熱面積/181.3折流板間距/150管程數(shù)6材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程外表傳熱系數(shù)/W/k2032479污垢熱阻/k/W0.000340.00017壓力損失/ Pa熱流量/Kj/s傳熱系數(shù)/W/K302裕度/%20.67% 參考文獻(xiàn)蘭州石油機(jī)械研討所.換熱器.北京：