循环水冷却器设计说明书

《循环水冷却器设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《循环水冷却器设计说明书（34页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、化工原理课程设计循环水冷却器设计说明书学 校： 学院 专业班级 学号 姓名 指导老师：目录1 设计任务书11.1设计题目：循环水冷却器的设计11.2设计日任务及操作条件11.3厂址：齐齐哈尔地区12 设计摘要 23 主要物性参数表 34 工艺计算 44.1确定设计方案 44. 2核算总传热系数 84.3核算压强降115 设备参数的计算 155.1确定换热器的代号155.2计算壳体内径D155.3管根数及排列要求165.4计算换热器壳体的壁厚165.5选择换热器的封头175.6选择容器法兰195.7选择管法兰和接管215.8选择管箱225.9折流挡板的设计235.10支座选用 235.11拉杆的

2、选用和设置 245.12垫片的使用 267 总结评述 278 参考文献 289 主要符号说明 2910 附表301 设计任务书1.1 设计题目：循环水冷却器的设计1.2 设计任务及操作条件1.2.1、设计任务 处理能力：70000kg/h 设备型式：列管式换热器1.2.2、操作条件 循环水：入口温度60C，出口温度45C 冷却介质水：入口温度15C，出口温度40C 管程和壳程的压强不大于 1.6MPa 换热器的热损失5%1.1、 厂址：齐齐哈尔地区2 设计摘要在国内外的化工生产工程中，列管式换热器在目前所用的换热器中应用极为 广泛由于它具有结构牢固，易于制造，生产成本较低等特点。管壳式换热器作

3、为一种传统的标准换热器，在许多部门中都被大量使用。其 结构由许多管子所组成的管束，并把这些管束固定在管板上，热管板和外壳连接 在一起。为了增加流体在管外的流速，以改善它的给热情况在筒体内安装了多块 挡板。我们的进行作业时列管换热器的设计，根据所给的任务，进行综合考虑。 首先确定流体流径。我们选择冷却水通入管内，儿循环水通过入管间。其次，我们确定两流体的定性温度，由于温度引起的热效应不大，可以选择 固定管板式换热器。根据初算的总传热系数和热负荷，以及换热器的换热面积， 换热器的根数和长度，来确定管程数。并查阅相关资料。 初步工作完成之后，对设备的各种参数校核，包括换热器壳体，封头，管箱， 管板，

4、法兰的选用等等，接着进行一系列的检查。选择这些附件，不仅要与所选换热很好的匹配，而且要兼顾经济的要求，让 换热器既造价低廉又坚固耐用，以达到即经济又实惠的效果。3主要物性参数表在定性温度下：t、二（10+35） /2=22.5C定冷t =（55+40）/2=47.5C定循表3-1物性参数表物性壳程（循环水）管程（冷却水）符号数据符号数据密度kg/m2P987.05P996.74比热容kJ/ (kgCC4.176C4.178粘度Paspl549X10-6p1卩C886.3X0导热系数w/mC入650.79X10-32入610.5X10进口温度CT55tC10出口温度CTC40tc354工艺计算4

5、.1确定设计方案4.1.1 选择换热器的类型（1）两种流体的变化情况： 热流体（循环水）进口温度5 5 C ，出口温度40 C 冷流体（冷却水）进口温度10C，出口温度35C;冷水定性温度：七定冷=（10+35）/2=225C循环水定性温度：t、广(55+40) /2=47.5C由于两流体温差小于50C,不必考虑热补偿。因此初步确定选择用固定 管板式换热器。(2) 流程安排 由于该换热器是具有冷却水冷凝的换热器，应使循环水走壳 程，以便于排除冷却水。4.1.2 计算热负荷和冷却水流量(1) 热负荷的计算Qh=mc th ph 1= (74000/3600) X4180.5X (55-40)=

6、1.289X 106w热负荷Q=Q-Qhh1=(1-5%)Qh=0.95X1.289X10w6=1022455X10w6(2) 冷却水流量的计算Q=0.95mc (T-T)h ph 1 2=mc (t-t)h ph 1 2所以 m=0.95X70000X4.805X(55-40) /3600X4.181X (35-10)c= 11.72 kg/s4.1.3计算两流体的平均温差，确定管程数(1)平均传热温差t 二At-At /ln (t-At)(按逆流计算)m 1212其中：At 二55-35=10C； At 二40-10=30C12At=25CmP=t-t/T-t=0.562111R=T-T/

7、t-t=0.6由P、R值查阅化工原理(天津大学出版社)(上册)图4-19,可得：甲At二0.88，则有At 二0.88X25=22C(2) 确定管程数m由于甲At=0.880.8，故此换热器应选用双壳程4.1.4 工艺结构尺寸(1)初选换热器的规格假设 K=900 W/(mC)则估算的传热面积为：A=Q/KAtm=61.85(2)管径和管内流速选用25X2.5的碳钢传热器取管内流速为u =0.5m/s(3) 估算管程数和传热管数V=n 3.14/4d 2us i i由4.1.2可知：冷却水用量=11.08kg/s则Me/ Pc=0.0111m3/sN =0.111/3.14/4(0.02) 2

8、 X 0.5=75 根根据列管式换热器传统标准，此数据可选取按单程算，所需的单程热管长度 L=A/3.14dn=13.7m取传热管长l=6m则该传热管的管程数为 Np=L/l=2传热总根数N=N n=2X 75=150 根 实际传热面积 S=N3.14d (1-0.1) =77.81 则要求过程的总传热系数为Ko二Q/SoA t=715.3w/(mC)该换热器的基本结构参数如下：表4-1换热器的基本结构参数公称直径：500m工程压强：1.6MPa总管数：NT-168根管间距：t=32mm管数：84管程数：m=2管长：6.0m工程面积：80管子排列方式：正三角形排列4.2 核算总传热系数4.2.

9、1 管程对流传热系数., n3.14 八心 124168 八A = d 2 =x 0.022 x= 0.02638m2i 4 i N 42pu 二 V / A 二 0.0111/0.2638 二 0.421m/si s sRei0.02 x 0.421 x 996.740.00008663=9687（湍流）ri普兰特准数：cHph c九4.178x103x0.00008663=5.930.6176 a = 0.23 Re 0.8 Pro.4 = 0.023 x 0.6105 x (9687)o$ x (5.93)0.3 i d i 0.02i=2431.13W/(m2C)4.2.2 壳程传热系

10、数取换热器管心距t=32 mm 壳程流通截面积为：A 二 hD (1 - d /1)0其中：h-折流板间距。取为150 mm。 D-壳体公称直径，取为150 m d-管子外径，可取25 m t-中心距，可取32 mm。壳程流体流速：u 二 V / A 二 7500/(3600 x 987.05 x 0.01641)二 1.2005m/ s 0 c 0当量直径按三角形排列有：，当量直径：d = 4(1.414t2 - nd 2/4)(兀d )e00=0.0202md p u 0.0202 x 1.2005 x 987.05Re = 二 4 = 435680 卩0.00057075c普兰特准数：门

11、 c 卩4.176 x 103 x 0.5494 x 10-3十Pr =弋 c = 3.530 九0.65079c用壳方流体的对流传热系数的关联式计算a = 0.36 xx 40500.55 x 11.34： x 0.95 = 384.08W/(m2C)00.027带入数据得：a = 0.36 x 0.6508 x 356.07 x 1.53 x 0.94 = 5939.95w/ m2 C 00.02024.2.3 计算总传热系数K 二-0/ d R d bd m 1、(0+ si 4 +4 + R +)a d d九 dso ai iimo壳程管程对流传热系统w/m2Cd ,d ,d0 i m

12、换热管外径内径和内外径的平均值mmR , Rsis 0管内侧外侧污垢热阻川C/w；b换热器壁厚，取0.0025m 九碳钢的导热系数，取45 w/mC管壁热阻碳钢在该条件下九=45 w/m?C0.0025 = -6 X10 一3 m 2C / W1/0.0250.00014 x 0.025( +0.02 x 2409.5二 934.58w/ m2C0.020.2577777；10.06 x 0.025、+ 0.00014 +)0.02 x 2409.56040.420.02计算安全系数二 k计k选二 934.58二79039 x 100% 二 18.24% k790.39选核算表明该换热器可以完

13、成任务。4.3 核算压强降4.3.1 管程流体阻力EAP = (AP +AP ) N 11 Fi12 p tL pu 2N 二 2, Ap 二九*-pi d 2i(1) 对于AP的计算：管程流通截1A 二 d2-1 丄=0.022 x168 x 314 二 0.02638m2i i 4 N24PV 0.0111由此可知 u = 0.421m / si A 0.02638i厂 d pu996.74 x 0.02 x 0.421R 9687ei 卩86.630 x 10-5p0 1设管壁粗糙度p - 0.1mm, 一 一 0.005d 20i入=0.037代入AP计算式1AP=0.037X AP

14、0.037 xx 996.74 x(0.444)2 980.48Pa1 1 0.02 2(2) 对于 AP 的计算2AP -沁-3 x 996.74 x(0.444)2 264.99Pa 22(3) 对于ZAP的计算i贝V： ZAP (AP +AP)FN (980.48 + 264.99)x 1.4x2 3487.32Pa i12 t p由此可知，管程流通阻力在允许范围之内。4.3.2 壳程压强降校核ZAP (AP +AP) N 12 F012 s s其中：AP Ff n (N +1)010 c B 22h pu 2AP N (3.5 一)2 BD 2Fs是壳程压强降届后校正因数，液体取1.1

15、5；Ns 是壳程数，为 1(1)对于AP的计算1由于换热器列管呈三角形排列F=0.5N 1.10 1.168 14.26c取折流板间距为 300mmN = 1 = 19 块b 0.3壳程的流通面积A 二 h( D nd )二 0.3 x (0.5 14.26 x 0.025)二 0.04305肝0 c 0二 0.4576V _70000- 3600 x 987.05 x 0.04305 0Re0du p0 0 -0.025 x 0.4576 x 987.05570.75 x 10-6 19784.2可见Re 500故可应用下式计算f00f 5.0 Re 0.228 5.0 x19784.2 0

16、.228 0.5241 00pu2AP Ffn (N +1)亠1 0 c B 2987.05 x (0.4576) 20.5 x 0.5241 x 14.26 x (19 +1) 7723.5Pa(2)对于 AP 的计算22h pu 2AP2 NB E -万)今19 x E 2 x 0.30.5987.05 x (4576)22 4516.0Pa(3) 对于YP的计算0YP (AP +AP) N 12 F (7723.5 + 4516.0) x 1.4 x 2 34270.6Pa0 1 2 s s计算表明：管程压强降为3487.32Pa，小于压强1.6MPa壳程压强降为34270.6Pa，亦小

17、于设计压1.6MPa ;综上可知，管程和壳程压强降均能满足题设要求5 设备参数的计算5.1 确定换热器的代号5.1.1 换热器的代号所选换热器的代号为G-500-1.6-80135.1.2 确定方法此代号根据工艺计算反列管式固定管板式换热器系列标准对G系列列管 式固定管板换热器的规定。查化学化工出版杜化工工艺设计手册(上) 第120页表3-10列管式固定管板换热器标准图号和设备型号得到壳体 内径D.,公称压强，管根数及排列要求而确定。i5.2 计算壳体内径 Dii公式：D = (n -1) + 2bic其中：t 管中心距，m对25x 2.5n横过管束中心线的管线，用n = 1.1、n计算ccb

18、管束中心线上2管的中心到壳体内辟的距离，取b = 1.5d0计算：D = 0.032 x (1.1 -1) + 21 x 5 x 0.0025 = 0.499m 沁 500mmi5.3 管根数及排列要求(1) 换热器采用25x 2.5的无缝钢管，材质选用可焊接性好的10号钢，管 长6m，共168根管。(2) 排列方式及管中心距的确定1) 可该换热器列管采用三角排列2) 管子与管板采用焊接，故可取t = 1.25 d = 32 mm5.4 计算换热器壳的壁厚5.4.1 选适宜的壳体材料根据化工设备手册-材料与部件(上海)第 102 页压力容器用碳素碳及普通低合金厚板钢(Y 536 - 69)，换

19、热器公称压强为1.6MPa选用A F钢板。B35.4.2 该钢板的主要工艺参数性能加工工艺性能好，可冷卷，气割下料开坡口，炭弧气刨挑焊根开坡口。冷冲压力热冲压性能好，使用温度-20475C，可以作中低压设备，所 以简体材质选用A F钢板，钢板标准GB3274。35.4.3 壁厚的计算(1) 公式：5 =5 + C + C +Ap 1 2其中：5钢板在不考虑加工裕量时的厚度，mm；p5计算厚度，mm；C钢板负偏差，mm；1C腐蚀裕量，mm；2A 圆整值。式中为设计厚度，可用下式计算：5二PcDi + C14d 2 t Pc2其中：Pc设计压力，取1.6MPa ； Di壳体内径，mm； Qt 设计

20、温度下材料的许用应力，MPa ；焊缝系数。(2) 查算：依据化工设备机械基础(华东理工大学出版社)表 14-3，钢制压力容器中使用的钢板许用应力可得Qt = 113MPa，依 表14-4焊缝系数可得=0.85，依表14-6腐蚀裕量可得 C =2mm。21.6 x 5002 x 11. x 0.85 - 1.6十2 6.2依化工设备机械基础（华东理工大学出版社）表 14-5，钢板厚度常用规格及其负偏差得C0.6mm, A =1.2mm。故 5 =5 + C + A15 = 6.2 + 0.6 +1.2 = 8.0mm pd1可根据JB/708 - 65选用厚度为8mm的钢板材质A F 33） 水

21、压实验强度校核水压试验应力为G = PT (Die)-T25e式中：P = 1.25P = 1.25x 1.6 = 2.0MPaT5 =5 -C -C =8.0-0.6-2 =5.4mme p 12将有关数据代入原式可得=2. X(5 * M = 110.11MPa2 x 5.4 x 0.85查阅化工设备机械基础（华东理工大学出版社）表 14-3,钢制压力容器中使用的钢许用应力可得到AF钢制容器在常3温水压试验时c = 235MPas从而，有c = 0.9c = 0.9x 235 = 211.5MPa所以壳体壁厚Ts满足水压试验的强度要求。5.5 选择换热器的封头1） 公式：pDC = Di

22、+ C + Cd 2c t 0.5 p12t其中：由于D = 500 =602.05.11.2拉杆的设置拉杆与折流板和挡板的连接形式如下图所示:键入文字300图5-7拉杆5.12确定管板尺寸由化工设备机械基础查得，管板选用的材料为16Mn,管板厚度 为20mm,质量是59.6Kg.D4T15DI图5-8整体管板5.13垫片的使用5.13.1设备法兰用垫片根据压力容器与化工设备实用手册第491页，密封垫片选用非金属 软垫片，JB4704-92。厚度30mm,该垫片为法兰用垫片，其尺寸：外径：D2=545mm 内径：D1=500mmPN=1.6MpaDN=500mm图5-9设备法兰所用垫片5.13

23、.2 管法兰用垫片3. 厚度 3mm.材料：耐油橡胶石棉板 S200056垫片：l.MFM1502.52.MFM 2002.57 总结评述在教师的悉心指导下，在团队中每个人的积极努力下，在这历时两个星期的 课程设计中我们解决了很多难题。然而，在这次课程设计中，大家更多的发现了自己的不足，以及对实践经 验的缺乏，在诸多方面还需提高。在学习中大家分工明确，在每个环节中都能出 色的完成。我组主要进行了以下环节：一、数据计算在设计刚开始时，大家积极查询相关资料，翻阅了图书馆 里的很多相关书籍。在大家不断查找资料、不断的理解公式原理不断进 行可行性分析的前提下,很多问题都得到了解决，在很多难点上都有了

24、很大的突破。经过了几天的团结协作完成了计算部分。二、设计说明书在这个环节中，大家认真的将每一个公式字句输入文档 中，输完之后又进行了多次检查，多次审核，终于经过了几天的精诚合 作，完成了文档的输入工作。说明书的设计，从封皮到公式到逐字逐句 都显得十分谨慎。三、画图对于每一个环节，都需要每个成员在该环节上有所突破。在这 个环节中，在组长的领导下，大家默契配合，充分体现了团队精神，通 过对数据的深刻理解，认认真真的完成了制图的工作，终于完成了该设 计的最后环节。通过这次设计我们看到了团队的力量，个人离不开团队，团队需要每一 个人的精诚合作，才能发挥团结协作的精神。通过老师的耐心的讲解和帮助，我们把

25、公式及其应用范围都巩固了一遍。 经过这次课程设计，我们充分的理解了课程设计的真正含义。本次设计给了我 知识和技能的同时，也给予我很多经验和教训。在今后的学习和工作中，我将不断努力学习科学文化知识，不断完善自 己，不断的挖掘自己的潜力。8 参考文献1】 天津大学，化工原理，天津，天津科学技术出版社。2】 郑晓梅，魏崇关，化工工程制图，北京，化学工业出版社，3】 化工设备结构图册编写组，化工设备结构图册，上海，上海科学技 术出版4】 柴诚敬，刘国维，李阿娜，化工原理课程设计，天津，天津科学技术出 版社，5】 化学工程手册。6】 华南理工大学，化工工程及设备设计，广州，华南理工大学出版社，7】 刁玉

26、伟，王立业编，化工设备机械基础，大连，大连理工大学出版社8】 中华人民共和国化学工业部工程建设标准钢制管法兰，垫片，坚固件 （1991-12）化学工业出版社9】 钢制列管式固定板式换热器结构手册1994.1 10】化工设备设计手册材料与零部件，上海人民出版社。11】姚玉英主编化工原理（上）天津大学出版社。12】大连理工大学教研室编，化工原理课程设计大连理工大学出版社，1994.13】夏清主编化工原理（上）天津大学出版社 2005.1 14】齐齐哈尔大学化工原理教研室主编，化工原理课程设计【15】谭天恩，麦本熙，丁慧华：化工原理（）第二版，北京，化学工业出版 社。9 重要符号说明Q 热负荷 KJ

27、/hm 热流体质量流速 KJ/hCh热流体比热容KJ/(kgC)Ch冷流体比热容KJ/(kgC) pcd 传热管的内径 md 传热管的外径 mde当量直径mD公称直径mK选取的传热系数kw/m2.oct冷流体进口温度oct冷流体出口温度oc2T热流体进口温度ocT热流体出口温度oc2R平均温差校正系数的参数F温度校正系数tP公称压力Mpaa管程传热膜系数iu 壳程速度 m/soDe当量直径mRe。壳程雷诺准数Pr 课程普兰特数o卩流体在定性温度的黏度，Pa.s九导热系数，丫税2.ocd平均管径mmRs 管程的污垢热阻iRso壳程的污垢热阻m2c，wb壁厚m工 p管程压力降PaE相对粗糙度mm附

28、表1管式换热器中K值的经验数据管程壳程传热系数K值W/mP水水850-1700有机溶剂有机溶剂115-340气体水蒸气冷凝30-300水溶液（2.0）水蒸气冷凝580-2910水轻有机物蒸汽冷凝580-1160附表2换热器壳颈的标准尺寸公称直径mm325400,500,600,700800,900,100011001200最小壁厚mm8101212附表3列管式换热器的常用流量公称 直径公称面积m管程数官数公称 压强管长mmm1.52.03.06.0113121626521113400101524482102101420424904080117750040802172357041526012512696005512022585511042421102301501110220248880010021044561002004444附表 4固定管板式（代号 G）流体类型管内（m/s）管间（m/s）一般流体0.530.21.5海水，河水，易结垢 的液体10.5