柴油冷卻器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)資料

長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目柴油冷卻器設(shè)計(jì)系（部)生物工程與環(huán)境科學(xué)系專業(yè)（班級(jí)）11級(jí)生物營(yíng)養(yǎng)1班姓名歐陽(yáng)東曉學(xué)號(hào)2011032136指導(dǎo)教師羅卓起止日期2013.5.20——2013.5.31系主任—張建社指導(dǎo)教師羅卓學(xué)生—?dú)W陽(yáng)東曉編號(hào)：1.03一、 設(shè)計(jì)題目名稱：年處理85000噸柴油油冷卻器的設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)條件：柴油：入口溫度：145°C，出口溫度：45°C；冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa，進(jìn)口溫度20C，出口溫度36C）允許壓強(qiáng)降，不超過(guò)105Pa；每年按330天計(jì)；每天24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。處理能力85000噸/年；設(shè)備型式：列管式換熱器。柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見(jiàn)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.C密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容熱量衡算及初步估算換熱面積；冷卻器的選型及流動(dòng)空間的選擇；冷卻器的校核計(jì)算；結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（A2）及冷卻器的工藝條件圖（A2）；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。四、 廠址:長(zhǎng)沙地區(qū)（大氣壓為10.28m水柱）五、 設(shè)計(jì)任務(wù)完成臥式列管冷卻器的工藝設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)冷卻器的有關(guān)附屬設(shè)備的進(jìn)行設(shè)計(jì)和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖及設(shè)備的工藝條件圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。六、設(shè)計(jì)時(shí)間安排二周：2013.5.20——2013.5.31長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名歐陽(yáng)東曉學(xué)號(hào)2011032136專業(yè)生物工程班級(jí)1班設(shè)計(jì)題目年處理85000噸柴油冷卻器指導(dǎo)教師羅卓指導(dǎo)教師意見(jiàn):評(píng)定等級(jí)：教師簽名：日期：答辯小組意見(jiàn):評(píng)定等級(jí)：—答辯小組長(zhǎng)簽名：— 日期：—教研室意見(jiàn):教研室主任簽名：— 日期：—系（部）意見(jiàn)：系主任簽名： 日期：說(shuō)明課程設(shè)計(jì)成績(jī)分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計(jì)條件 1\o"CurrentDocument"1.3設(shè)計(jì)要求 1\o"CurrentDocument"第2章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)一工藝計(jì)算書(shū) 1\o"CurrentDocument"2.1確定設(shè)計(jì)方案 22.1.1選定換熱器類型 22.1.2選定流體流動(dòng)空間及流速 2\o"CurrentDocument"2.2確定物性數(shù)據(jù) 2\o"CurrentDocument"2.3計(jì)算總傳熱系數(shù) 22.3.1每小時(shí)處理柴油的能力 2\o"CurrentDocument"2.3.2熱流量 22.3.3冷卻水用量 32.3.4計(jì)算平均傳熱溫差 3\o"CurrentDocument"2.3.5總傳熱系數(shù)K 3\o"CurrentDocument"2.4.計(jì)算傳熱面積 4\o"CurrentDocument"2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 42.5.1管徑和管內(nèi)流速 42.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 42.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 52.5.4傳熱管排列和分程方法 52.5.5殼體內(nèi)徑 5\o"CurrentDocument"2.5.6折流板 5\o"CurrentDocument"2.5.7接管 5\o"CurrentDocument"2.6換熱器核算 62.6.1熱量核算 6\o"CurrentDocument"2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 7\o"CurrentDocument"2.7附屬設(shè)備 82.7.1封頭的設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"2.7.2法蘭的設(shè)計(jì) 9\o"CurrentDocument"第3章?lián)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 11\o"CurrentDocument"3.1主要結(jié)構(gòu)尺寸 11\o"CurrentDocument"3.2符號(hào)說(shuō)明 12第4章輔助設(shè)備計(jì)算結(jié)果 134.1油泵的設(shè)計(jì) TOC\o"1-5"\h\z結(jié)論 14\o"CurrentDocument"致謝 15參考文獻(xiàn) 16第1章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)處理能力：柴油85000噸/年設(shè)備形式：固定列管式換熱器1.2設(shè)計(jì)條件柴油：入口溫度：145°C，出口溫度：45°C；冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa，進(jìn)口溫度20C，出口溫度36C）允許壓強(qiáng)降，不超過(guò)105Pa；每年按330天計(jì)；每天24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。5.處理能力85000噸/年；設(shè)備型式：列管式換熱器。柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.1:表1.柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.C密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.0006401.3設(shè)計(jì)要求完成臥式列管冷卻器的工藝設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)冷卻器的有關(guān)附屬設(shè)備的進(jìn)行設(shè)計(jì)和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖及設(shè)備的工藝條件圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。第2章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)一工藝計(jì)算書(shū)

2.1確定設(shè)計(jì)方案兩流體均為無(wú)相變，本設(shè)計(jì)按非標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器的一般設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.1.1選定換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度145°C,出口溫度45°C；冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度20C，出口溫度36C。該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)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(dòng)空間及流速由于循環(huán)水易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用①25X2.5mm的碳鋼管⑴，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(jìn)出口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為T=(145+45)/2=95(C)管程流體的定性溫度為t=(20+36)/2=28(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)見(jiàn)表2.1：表2.1定性溫度下殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.C密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640資料來(lái)源《化工原理手冊(cè)》2.3計(jì)算總傳熱系數(shù)2.3.1每小時(shí)處理柴油的能力85000q85000q= mo330x24=10732kg/h2.3.2熱流量Q=qmoCMto=10732X2.56X103X(145-45)=2.7474X109J/h2.3.3冷卻水用量39933kg/h)39933kg/h)4.3x103x(36—20)2.3.4計(jì)算平均傳熱溫差A(yù)"_A,AA"_A,At (145-36)-(45-20) 84m ln^—iAt2i145-36ln 45-20=57C1.47（以逆流計(jì)算）2.3.5總傳熱系數(shù)K2.3.5.1管程傳熱系數(shù)⑵0.02x1.0x994[ls，故采用下式計(jì)算a =，故采用下式計(jì)算a6.4x10-4入氣=0.023『1八八小0.626 入氣=0.023『1八八小0.626 (0.02x0.5x994)=0.023x x0.020、c)=2930W/濟(jì)20.40.8(4.3x103x6.4x10-4)0.4I6.4x10-4 )0.6262.3.5.2殼程傳熱系數(shù)⑵假設(shè)殼程給熱系數(shù)ao=300W/(m2.°C)2.3.5.3污垢熱阻⑵R.=0.000344m2.°C/WR=0.000172m2.°C/W2.3.5.4.管壁的導(dǎo)熱系數(shù)⑵碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)X=45W/(m?°C)。2.3.5.5.總傳熱系數(shù)d,d,R o——+Rad.sid―o+ o-d Xdi]bd ]+RsWo]0.0.020°.°25 +0.000344x°.00252930x0.02+0.0025x0.025頊.000]72―45x0.0225 300=250w/2.4.計(jì)算傳熱面積QKTm=53.5QKTm=53.5武250x57.5x3600考慮15%的面積裕度，S'=1.15S'=1.15x53.5=61.5(m2)2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.5.1管徑和管內(nèi)流速選用中25x2.5mm的碳鋼換熱管［1］，管內(nèi)流速七=0.5m/s2.5.2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)V39933/(994x3600)ns=K=0.785x0.022x0.5”72(根)4d2u.按單管程計(jì)算所需換熱管的長(zhǎng)度L=—= 61.53 =10.89(m)ns兀do72x3.14x0.025按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為十L=誓"觀傳熱管的總根數(shù)N=72x2=144（根）2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)⑵P=二二L=0.128T1—11 145-20按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程(p—P—R圖[1]，得4=0.81>0.8。于是At=0.81x39=46.21C。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。=1.25氣,則a=1.25x25=32mm橫過(guò)管束中心線的管數(shù)氣=1.19jN=1.19j遠(yuǎn)=15(根)2.5.5殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7，則殼體內(nèi)徑[3]D=1.05a(N/門=1.05x32x,144/0.7=4819(mm)圓整取d=500mm2.5.6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)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25x500=125(mm)，取h=125mm。取折流板間距為B=0.3D，則B=0.3x500=150(mm)，取B=150mmN=傳熱管長(zhǎng) —1=3720.24—1=塊)折流板數(shù)b-折流板間距 —110 -(六)折流板圓缺水平面裝配⑶2.5.7接管殼程流體(原油)進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)原油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑x '4V ：4x10732/(860x3600)d=、：——=,， =0.066(m)一、兀U 3.14x1.0取標(biāo)準(zhǔn)管徑為075.5mmx3.75mm[1]管程流體(水)進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑4V ,'4x39933 /(3600x994)八…,——=、， =0.145(m丸u 3.14x1.5

取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 0165mmx4.50mm[1]2.6換熱器核算2.6.1熱量核算(1)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)于圓缺形折流板，可采用凱恩公式⑵…0.36；rdupF…0.36；rdupF5f~^r°eI^當(dāng)量直徑由正三角形排列得弓*2-[d

-o殼程流通截面積、1/3,0.14x0.0322Mx0.0252、"2 43.14x0.025乙=0.020(m)So=BD(d、=0.15x0.5xfi0.025、1-了V L71V0.0327=0.0164(m2)殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為ReoPro10732/(3600X860)=0.220(m/s)0.01640.020x0.220xReoPro10732/(3600X860)=0.220(m/s)0.01640.020x0.220x860el =42758.85x10-42056x103x8.85x10-4 =16.180.14黏度校正⑵(E)0.14歸1旦w圓缺型擋板時(shí)，a=0.36xo0.140x47250.55x16.18：x1=625.65W/(m2?°C)0.020(2)管程對(duì)流傳熱系數(shù)⑵a=0.023土RewPrwidi管程流通截面積0.785x0.0201440.0226(m2)管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為39933/(994x3600)0.0226=0.494(m/s)Rei°.02°X0.494X994=15344876.4x10-4Pri4.3x103x6.4x10-4 /“ =4.400.626yiic、0.8，「ii、0.4a=0.023土一A liidI^IIXIi'i7vi7=0.023x0.626x153450.8x4.400.40.020=2905W/(m2?°C)(3)傳熱系數(shù)K+Rsi^+i1bd,R■ +RXd so0.025 +0.000344x冬+°.0025x°.025+0.000172+上45x0.0225 6262905x0.020=374.5W/(m2.°C)0.020(4)傳熱面積2.7474x109S=QKAtm該換熱器的實(shí)際換熱面積37405x3600x46.2=38.82(m2)=KdIN=3.14x0.025xo該換熱器的面積裕度為-0.06)X(44-15)=60.15(m2)Sp-Sx100%S44.1100%就36.16%換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力(1)管程流動(dòng)阻力￡AP=(AP+AP)FNNi 1

(Ft結(jié)垢校正系數(shù)，％管程數(shù)，Ns殼程數(shù))取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則1=0.005，d而Re=15344，查圖得X.=0.037Lpu2 i-d_ 2pU2

x——i20.037994x 6x 0.02x0.52994x0.52372.75Pa1309.8Pa對(duì)@5x2.5mm的管子有F=1.4,且管程=2,殼程N(yùn)=1ZAP.="+AP2?NN=(309.8+372.7)x1.4x2=4711Pav105Pa管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。(2)對(duì)殼程有折流擋板時(shí)，計(jì)算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計(jì)算比較麻煩，而且對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細(xì)。工程計(jì)算中常采用Esso法，該法的計(jì)算公式［4］如下：蘭AP=\AP;+AP2*N(Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)液體Fs=1.15,Ns為殼程數(shù))流體流經(jīng)管束的阻力［4］AP'、=Ffn(N+1)既1ocB2F為管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5,正方形直列E=0.3，正方形錯(cuò)列時(shí)，F(xiàn)=0.5。f為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500時(shí)，f=5.0Re-0.228=5.0x(4275)-0.228=0.743i為橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，n「=15。 0 0折流板數(shù)NB=39AP'1=0.5x0.743x15x(39+1)x860[0.222=4639Pa流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距AP'=N2 B流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距AP'=N2 Bf3.5-史IID)B=150mm,D=500mm2x0.151pU2

o-239+2354)x1.15x1=6994Pav105Pa=39x3.5I0.5 )860x0.222x =2354PaZApo該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計(jì)的換熱器合適。2.7附屬設(shè)備2.7.1封頭的設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)［5］:選取橢圓形封頭(JB1153-73)具體尺寸見(jiàn)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 g—曲面高h(yuǎn)1直邊高度h2厚度（5(mm)(mm)(mm)(mm)5001252542.7.2法蘭的設(shè)計(jì)容器法蘭的選擇：選用標(biāo)準(zhǔn)：JB4700?4707-2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見(jiàn)圖2.2。

圖2.2PN=0.25MPa甲型平焊法蘭管法蘭的選擇選用標(biāo)準(zhǔn)⑸:HG20593-97板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）。具體尺寸見(jiàn)圖2.3。圖2.3PN=0.25MPa板式平焊鋼制法蘭（PL）

第3章?lián)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)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(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.1表3.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果法蘭內(nèi)螺栓孔直徑L/mm法蘭外徑D/mm法蘭厚度C/mm管子直徑A/mm1徑B/mm螺栓孔中心圓公稱直徑直徑K/mmDN/mm殼程進(jìn)出口75.588.9110501414016管程進(jìn)出口165170.52251501826520

換熱器型式：帶熱補(bǔ)償非標(biāo)準(zhǔn)的固定管板式管子規(guī)格925x2.5mm管數(shù)144根管長(zhǎng)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(shè)備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑500mm保溫層厚度無(wú)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(hào)尺寸用途連接型式操作溫度°C20/36145/451Dn100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/m2-K374.5對(duì)流傳熱系數(shù)W/m2-K2905625污垢熱阻，m2*K/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(hào)說(shuō)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(zhǎng)，m；N—管程;N—折流板數(shù)；BP—壓力，Pa；Pr—普蘭特準(zhǔn)數(shù)；R—熱阻，m2.°C/WRe一雷諾準(zhǔn)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一質(zhì)量流量，Kg/S；希臘字母a一對(duì)流傳熱系數(shù)；W/（m2?oC）；△一有限差值；—導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2?oC）；p—粘度，Pa-s；p—密度，Kg/m3；下標(biāo)c—冷流體；h—熱流體；i—管內(nèi)；m一平均；o—管外；s—污垢；Ft一結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)于425x2.5mm的管子，取1.4Np---管程數(shù)Ns一殼程數(shù)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，換熱器已經(jīng)成為當(dāng)今工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備，在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握換熱器的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重