煤油冷却器

《煤油冷却器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤油冷却器（18页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、传热学课程设计说明书设计题目煤油冷凝器的设计係）专业 班级号 设计人指导教师完成日期年月日目录1 设计任务书32 换热器的设计计算 42.1 确定设计方案 42.1.1 选择换热器类型 42.1.2 流程的选择 42.1.3 流速的选择 42.1.4 确定物性数据 42.2 计算总传热系数 42.2.1 热流量 42.2.2 平均传热温差 42.2.3 冷却水用量 52.2.4 总传热系数 52.2.5 计算传热面积 52.3 工艺结构尺寸 52.3.1 管径和管内流速 52.3.2 管程数和传热管数52.3.3 平均传热温差校正及壳程数62.3.4 传热管排列和分程方法 62.3.5 壳体内

2、径 62.3.6 折流板 62.3.7 接管 72.4 换热器核算 72.4.1 热量核算 72.4.2 换热器内流体的流动阻力93 换热器机械设计 错误！未定义书签。3.1 壳体壁厚 错误！未定义书签。3.2 管板尺寸 错误！未定义书签。3.3 接管尺寸 错误！未定义书签。3.4 换热器封头选择 错误！未定义书签。3.5 膨胀节选择 133.6 其他部件 错误！未定义书签。4 参考文献 141、煤油冷凝器的设计任务书1、设计题目:煤油冷却器的设计工程背景：在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产最（如汽抽、煤 油、柴油等）进行冷却，本设计以某炼油厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管 式换热器

3、的设计过程。设计的目的：通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该 换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基 本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。2、设计任务及操作条件（1）处理能力：2.2 X 104t/a 煤油（ 2）设备型式 列管式换热器。（ 3）操作条件 煤油：入口温度：140；出口温度：40C。 冷却介质：自来水，人口温度：30C，出口温度：50C。 允许压强降：不大于105Pa。 每年按330天计，每天24h连续运行。（ 4）设计项目 设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 换热器的工艺计

4、算：确定换热器的传热面积。 换热器的主要结构尺寸设计。 主要辅助设备选型。 绘制换热器总装配图。3、设计说明书的内容 目录； 设计题目及原始数据（任务书）； 论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择； 换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算；传热面积、换热管 型号、壳体直径等）； 设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）； 主体设备设计计算及说明； 主要零件的强度计算（选做）； 附属设备的选择（选做）； 参考文献； 后记及其他。4、设计图纸要求附工艺流程图及冷凝器装配图一张。2 换热器的设计计算2.1 确定设计方案2.1.1 选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体柴油入口温度14

5、0C,出口温度40C；冷流体 入口温度 30C，出 口温度 50C。二（+ ）/2 , t 冷=（3O+5O）/2=40C，t 热=（14+4） /2=90C, t - t =90-40=50C。故可以选用固定管板式换热器。2.1.2 流程的选择由于冷却剂是自来水,为易结垢液体,且为了方便散热,故根据换热器流程 选择的原则选择冷却水走管程,煤油走壳程。2.1.3 流速的选择为了减少冷却水在管子内结垢沉积的可能性,提高传热系数,从而使传热面 积减少,设备投资减少。且考虑到流速与动力消耗和操作费用的关系,应适当提 高冷却水流速。根据经验选用Q 25x2.5的碳钢管，管内流速设为u = 1.0m/s

6、。2.1.4 确定物性数据i定性温度：壳程煤油的定性温度： t =（140+40） /2=90C热管程流体的定性温度：t冷=（30+50）/2=40C根据定性温度,查化工原理书附录,利用内插法计算壳程和管程流体的有关 物性数据。、物性温度密度P黏度卩比热容Cp导热系数九流体oCkg / m 3mPa - skJ( kg-o C)W/( m-oC)煤油908250.7152.220.14水409920.6564.1740.6332.2 计算总传热系数2.2.1 热流量Q 二 m C t 二 2777.8x2.22x (140-40)二 6.16x 105kJ/h 二 171.1kW1 1 p1

7、12.2.2 平均传热温差AtAt AtlnAtAtAt1 二 40-30 二10KAt2 二 140-50 二 90K所以 & 二 10 二 36.4 Kln-902.2.3 冷却水用量流量 w 二 Q/C /At 二 6.16x 105/4.174/（50-30）二 7.381 x 103 kg/hi i pi i2.2.3 总传热系数根据管内为水，管外为有机液体，由化工原理课本附表得K 值范围为280710 W / （m2 。C），假设 K=500 W / （m2 。C）。2.2.4 计算传热面积S 二 QKAtm171100500 x 36.4=9.4m 2考虑 15%的面积裕度，S

8、= 1.15 x S = 1.15 x 9.4 = 10.81m22.3 工艺结构尺寸2.3.1 管径和管内流速选用0 25x2.5的碳钢管，管内流速设为u二1.0m/s i2.3.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数V 7381/（3600x992）n =沁 7s 兀3.14/4x 0.0202 x 1d xdu4 i i按单程管计算，所需的传热管长度L二丄 兀d n os10.813.14 x 0.025 x 7=19.67 m按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换 热器管程数为L 19.67N =一= q 4 （官程）p l 6传热管

9、总根数N = 6x4 = 24根2.3.3 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数140 - 40：R = 550 - 30P = 50 - 30 = 0.18140 - 30按单壳程，四管程结构，温差校正系数查传热学图 9-14，但是 R=5 难以查 出而以1/R代替R,PR代替P查得：申二0.95At申=0.95 0.8At2.3.4 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t二1.25d，则ot = 1.25 x 25 = 31.25 = 32 mm横过管束中心线的管数n = 1.1 二 1.1x0 沁 6 根c2.3.5 壳体

10、内径采用多管程结构，取管板利用率耳=0.75,壳体内径D = 1.05t /耳=1.05 x 32 x J24/ 0.75 = 190.07mm根据国家标准，圆整可取D = 400mm。2.3.6 折流板采用弓形折流板（水平圆缺），取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%则切去的圆缺高度为h = 0.25 x 400 = 100mm。取折流板间距B = 0.5D，则B = 0.5 x 400 = 200mm根据国家标准取板间距为 200mm。折流板数N = L -1 = 6000 -1 = 29块，折流板圆缺水平装配。B B 2002.3.7 接管壳程流体进出口接管：取接管内循环油品流速为u =

11、 1.0m/s，则接管内径为d匹4%皿/阳0%825) = 0.035m 兀 u3.14 % 1.0取标准管径为 40mm 。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为u = 2.5m/s，则接管内径为3.14 % 2.5d 葺=4 % 叫600 % 叫=0.0319m取标准管径为 32mm 。2.4 换热器的核算2.4.1 热量核算1、壳程对流传热系数当量直径，由正三角形排列得、n12 一d 2o丿nd4%,r33 14、A，% 0.0322 % 0.0252I 24丿丿=0.020m3.14%0.025壳程流通截面积(d )(0.025 S = BD1 f= 0.2%0.4%1 oI t丿(

12、0.032 丿= 0.0175m 2o壳程流体流速及其雷诺数分别为2777.8/(3600 % 825)0.0175= 0.0534 m / sReo0.020 % 0.0534 % 8257.25 % 10 - 4=1215.3普兰特准数Pr =2.22 % 103 % 7.15 % 10-4014=11.50R V2300,0.6VP 10000,0.7VP120er因此可用迪斯特和贝尔特关联式九(d ” o 0-8 ( a 二0.023红 dU 0idic y 4九丿A /CQQ二 0023 聞 d3277.。7326)。.4 二 22460W /(m 2C)3、传热系数K根据化工原理附

13、录，可取管外侧污垢热阻Rsi=0000172m2C/W管内侧污垢热阻Rso=0.000344m2C/W1 bd-r+ o + R +九 dso amo1+ 0.000344 x 0025 + 0.0025 x 0.025 + 0.000172 +do + R adii0.025d1 osi di2256.0 x 0.0200.02045 x 0.0201488.7=305.4W /(m 2K)4、传热面积SS 二KAtm171100488.7 x 36.4=9.62 m 2该换热器的实际传热面积SpS nd LN = 3.14x0.025x 6x 24 = 11.306m2 po该换热器的面积

14、欲度H 叫-S) 一 S (11.304 - 9.62)/9.62 0.175 17.5%而一般换热器的面积欲度大于 15%20%，就可以满足要求。故所设计的换热器 合适。2.4.2 换热器内流体的流动阻力1、管程阻力Y AP (AP +AP )FN Ni12 t s PN 1, N 4，管程结垢校正系数F 1.4sPtAP 九-出,AP 匚巴21 i d 222由Re 13277.07，查传热学得传热管相对粗糙度为0.1 - 0.005，再查图20得九0.0385W/(m-C)，流速u 0.439m/s，p 992kg/m3，所以ii6992 x 0.4392吟 .385 X 亦 X F-

15、11046( Pa)AP 3x2992 x 0.43922 286.77(Pa)，工 AP (1104.06 + 286.77) x 1.4x 1x 2 3894.324(Pa) 0.1MPa i管程流动阻力在允许范围之内。2、壳程阻力Y AP (AP +AP )F N o12 t sN 1， F 1.15st流体流经管束的阻力AP二 Ffn (N +1)聲1 o c B 2 F 二 0.5f 二 5X 1215.3-0.228 二 0.99oN 二l.lxN0.5 二l.lx240.5 二5.39TC TN = 29, u = 0.0534m / sBoAP二 0.5 x 0.99x 5.3

16、9 x (29 +1)825 X ；05342 二 94.15(Pa)流体流过折流板缺口的阻力AP22 B p u 2 =Nb (3-5 -万)TB = 0.2m, D = 0.4mAP 二 29 x (3.5 2X 0.2) x 825 X 0.05342 二 341.1(Pa),20.42总阻力工 P二(93.15 + 341.1) x 1x 1.15 二 500.54(Pa)壳程流动阻力也比较合适。3、换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见附表3 换热器主要结构尺寸设计3.1 壳体壁厚由工艺得，壳体内径D = 400mm，壳体定性温度为80C。预设壳体设计压i力为0.

17、3MPa。选用低合金结构钢板16MnR卷制，材料80C时的许用应力Ll = 163MPa，取焊缝系数 = 1，腐蚀欲度C2 = 1mm，贝UP D0.3x 4000.378 ci 037 mm2lc_t - P 2 x163 x 1 - 0.3c计算厚度设计厚度8 =6+ C = 0.37 +1 = 1.37mm d2名义厚度8 = 8 + C + 圆整量 = 1.37 + 0.25 = 1.62 mm ，取 8 = 2mm 。 n d 1n有效厚度8 =8 - C - C = 2 - 0.25 -1 = 0.75mmen12水压试验压力 P = 1.25 x P = 1.25 x 0.3 =

18、 0.375MPaTc所选材料的屈服应力c = 325MPasP(D +8)0.375x(400 + 0.75)c =t i e = 100.2 MPa水压试验校核T282 x 0.75e100.2MpaV0.9c = 0.9x 325 x 1 = 292.5MPa，水压强度满足要求。s3.2 管板尺寸固定管板厚度设计采用 BS 法3。 假定管板厚度 b=40mm 总换热管数量 n=48 一根管壁金属的横截面积为a =d 2 一d2= 3.14 G52 -202）= 176.6mm240 i 4开孔强度削弱系数（双程）r = 0.5两管板间换热管有效长度（除两管板厚度）L估取5910mm 计算

19、数值KD : na400:24 x 176.6K 2 = 1.32i= 1.32 x x= 2.50 K = 1.58b 飞 rLb400.5 x 5910 x 40按管板简支考虑，依K值查图得，G1=1.0, G2=0.6, G3=1.25。管子与筒体的刚度比Q二二48X 176.6二8476.8s0 1/1筒体内径截面积 A = -D 2 = 3 x 4002 = 125600mm24 i 4管板上管孔所占的总截面积C二呼二空3土空二23550MM2系数“乎=空=0.812512560048x176.6系数卩=TC = 125600 22550 = 0.083a , a 取 11.5 x

20、10-6，E ,E 取2.1x 105T st s换热管与壳体的总膨胀差y = a ( -1 )- a ( -1 )= 11.5 x 10-6 x (80 - 40)= 4.6 x 10-4 T T 0 s s 0最大压差( Q -p 1 + P + Q + PyE 九丿-二 0.3-0.4(1 + 0.083 + 8476.8(0.8125 丿+ 0.083 x 4.6 x 10-4 x 2.1 x 105=4165.31MPa当量压差p 二 p -p (1 +0)= 0.3-0.4x(1 + 0.083)=-0.1332MPaa s T壳程压力p - 0.3MPa ,管程压力p - 0.4

21、MPa。s管板最大应力九Pa R - 4 pG (Q + G )13管子最大应力0.8125 x 4165.314 x 0.5 x 1.0 x(8476.8 +1.25 )(400 40丿二 19.96 MPa=1.99 MPa(0.13 - 416531 X 60.083(8476.8 +1.25 丿管板采用16Mn锻，二150MPa换热管采用10号碳素钢，In】=112MPa管板，管子强度校核c 二 19.96MPa 1.5.1 二 1.5 x 150 二 225MPac 二 1.99MPa A，所以不用另需补强。12则该接管强度足够。3.4 换热器封头选择综合考虑，此换热器采用标准椭圆形

22、封头。P D0.3 x 400计算厚度 8 =e_i= 0.37mm2j-0.5 P2 x 163 x 1 - 0.5 x 0.3e设计厚度 8 =8+C =0.37+1=1.37mmd2名义厚度 8 =8 + C + 圆整量=1.37 + 0.25 = 1.62mm，取 8 = 2mm。n d 1n故该封头可用 2mm 厚的 16MnR 钢板制作。3.5 膨胀节选择壳壁横截面面积 A =kD 8 = 3.14x 402x 2 = 2524.56mm2s 中 n换热管总截面面积A =(d 2 d2)=t 40 i 4202)=176.6mm2管，壳壁温差所产生的轴向离 F1厂 a E (t -

23、1 )11.5 x 10-6 x 2.1x 105 (80 40)F = t s A A =1 A + A stst2524.56 +176.62524.56 x 176.6 二 15944.22N压力作用于壳体上的轴向应力 F2F =-QA，其中2 A + Ast2 nd 2 )p + n(d 一 26pi 0 s 0 t t2 x 0.11x 0丿兀I=4002 44 x 2524= 31643.32则 f = 31643 .32 x 2524 .56 = 29574.5“ 22524 .56 +176.6压力作用于管子上的轴向应力F3 =冷=裟爲黑=206882stF + F1:Asc_

24、 Z7 15944 .22 + 29574 .5 = 18.03MPa2524 .56F + Fb =13tAt=-1594422 + 206882 =78.57MPa176.6根据GB151-1999管壳式换热器b = 18.03 2b = 274M P assc =78.57 2口 = 274M P a t故本换热器不用安装膨胀节。3.6 其他部件设备法兰采用甲型平焊法兰，配用压紧面为平形，则垫片采用非金属软垫片耐油橡胶石棉垫。根据工艺条件，选取垫片厚度为 17.5mm。支座采用鞍座，选用JB/T 4712鞍座BI 400-F/S。取 L = 6000mm， L = 0.6L = 0.6

25、x 6000 = 3600mm , L = L = 700mm ,其安装Bc c高度为 200mm。4 参考文献1 夏清，陈常贵.化工原理上册.第一版（修订）.天津：天津大学出版社，20052 匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社，20073 刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械基础.大连：大连理工大学出版社，20064 任晓光，宋永吉，李翠清.化工原理课程设计指导.北京：化学工业出版社，20095 王维周，王家荣.化学工程基础.杭州：浙江科技技术出版社，20056 戴锅生，传热学（第二版）：高等教育出版社，2013附录附表 换热器主要结构尺寸和计算结果表参数管程壳

26、程流量/(kg/h)73812777.8进(出)口温度/c30/50140/40物性定性温度/c40100密度/(kg/m3)992825定压比热容/kJ/(kgC4.1742.22黏度/Pas6.56x10-47.15x10-4热导率/W/(mC0.6330.14设备结构参数型式列管式壳程数1壳体内径/mm400台数1管径/mm(p25x2.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列管数目/根24折流板数/个29传热面积/m211.306折流板间距/mm200管程数4材质主要计算结果管程壳程流速/(m/s)0.4390.0534表面传热系数/W/(m2C2246.0488.7污垢热阻/(m2C/W)0.0003440.000172阻力/MPa0.0038940.00050热流量/kW171.1传热温差/c36.4传热系数/W/(m2C305.4裕度/%17.5