柴油預(yù)熱原油管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

精選文檔精選文檔#柴油預(yù)熱原油的管殼式換熱器構(gòu)造設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目用柴油預(yù)熱原油的管殼式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)查閱文件資料，認(rèn)識(shí)換熱設(shè)施的有關(guān)知識(shí)，熟習(xí)換熱器設(shè)計(jì)的方法和步驟;依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的生產(chǎn)任務(wù)和操作條件，進(jìn)行換熱器工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算；依據(jù)換熱器工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算的結(jié)果，進(jìn)行換熱器構(gòu)造設(shè)計(jì);以換熱器工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算為基礎(chǔ)，聯(lián)合換熱器構(gòu)造設(shè)計(jì)的結(jié)果，繪制換熱器裝置圖;編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行書(shū)面總結(jié)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)該用簡(jiǎn)短的文字和清晰的圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想、計(jì)算過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果。操作條件物料溫度℃質(zhì)量流量kg/h比熱kJ/kg.℃密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/m.℃粘度r[r柴油進(jìn)口170出口!T235080715X10-3原油6010541104815X10-3概括在不一樣溫度的流體間傳達(dá)熱能的裝置稱(chēng)為熱互換器,簡(jiǎn)稱(chēng)為換熱器。在換熱器中起碼要有兩種溫度不一樣的流體,一種流體溫度較高,放出熱量;另一種流體則溫度較低,汲取熱量在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中寬泛使用各樣換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)施,并據(jù)有十分重要的地位。跟著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不一樣，換熱器的種類(lèi)也多種多樣，不一樣種類(lèi)的換熱器也各有優(yōu)弊端，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)用有著悠長(zhǎng)的歷史，并且到現(xiàn)在仍在全部換熱器中據(jù)有主導(dǎo)地位。設(shè)計(jì)條件及物性參數(shù)表操作條件原油：進(jìn)口溫度60℃出口溫度105℃質(zhì)量流量：4n04kg/h加熱介質(zhì)柴油：進(jìn)口溫度170℃ 出口溫度T2質(zhì)量流量：（35080）kg/h同意壓降：不超出義105Pa物性參數(shù)表溫度℃質(zhì)量流量比熱密度導(dǎo)熱系數(shù)粘度物料kg/hkJ/kg.℃kg/m3W/m.℃進(jìn)口 出口柴油 170 T2 35080 715 X10-3原油60 105 41104 815原油60 105 41104 815X10-3方案設(shè)計(jì)和擬定依據(jù)任務(wù)書(shū)給定的冷熱流體的溫度，來(lái)選擇設(shè)計(jì)列管式換熱器中的浮頭式換熱器；再依照冷熱流體的性質(zhì)，判斷其能否易結(jié)垢，來(lái)選擇管程走什么，殼程走什么。在這里，柴油走管程，原油走殼程。從手冊(cè)中查得冷熱流體的物性數(shù)據(jù)，如密度，比熱容，導(dǎo)熱系數(shù)，黏度。計(jì)算出總傳熱系數(shù)，再計(jì)算出傳熱面積。依據(jù)管徑管流速，確立傳熱管數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)傳熱管長(zhǎng)為6山，算出傳熱管程，傳熱管總根數(shù)等等。再來(lái)就校訂傳熱溫差以及殼程數(shù)。確立傳熱管擺列方式和分程方法。依據(jù)設(shè)計(jì)步驟，計(jì)算出殼體徑，選擇折流板，確定板間距，折流板數(shù)等，再設(shè)計(jì)殼程和管程的徑。分別對(duì)調(diào)熱器的熱量，管程對(duì)流系數(shù)，傳熱系數(shù)，傳熱面積進(jìn)行核算，再算出頭積裕度。最后，對(duì)傳熱流體的流動(dòng)阻力進(jìn)行計(jì)算，假如在設(shè)計(jì)圍就能達(dá)成任務(wù)。列管式換熱器種類(lèi)選用依據(jù)固定管板式的特色：構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，殼程沖洗和檢修困難，殼程一定是干凈不易結(jié)垢的物料。U形管式特色：構(gòu)造簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，合用于高平和高壓的場(chǎng)合。管程沖洗困難，管程流體一定是干凈和不易結(jié)垢的物料。浮頭式特色：構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)高，便于沖洗和檢修，完整除去溫差應(yīng)力，應(yīng)用廣泛。我們?cè)O(shè)計(jì)的換熱器的流體是油，易結(jié)垢，再依據(jù)能夠完整除去熱應(yīng)力原則我們采納浮頭式換熱器。管程與殼程的選用1.依據(jù)以下原則：不干凈和易結(jié)垢的流體宜走管，以便于沖洗管子腐化性的流體宜走管，免得殼體和管子同時(shí)受腐化，且管子也便于沖洗和檢修壓強(qiáng)高的流體宜走管，免得殼體受壓飽和蒸氣宜走管間，以便于實(shí)時(shí)清除冷凝液，且蒸氣較干凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以加強(qiáng)冷卻成效。需要提升流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管，因管程流通面積常小于殼程，且可采納多管程以增大流速。粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，因?yàn)榱魉俸土飨虻牟煌８淖儯诘蚏e(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提升對(duì)流傳熱系數(shù)，我們選擇柴油走管程，原油走殼程。流體流速的選擇增添流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上堆積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，進(jìn)而可減小換熱器的傳熱面積。可是流速增添，又使流體阻力增大，動(dòng)力耗費(fèi)就增加。所以適合的流速要經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。別的，在選擇流速時(shí)，還需考慮構(gòu)造上的要求。比如，選擇高的流速，使管子的數(shù)量減少，對(duì)必定的傳熱面積，不得不采納較長(zhǎng)的管子或增添程數(shù)。 管子太長(zhǎng)不易沖洗，且一般管長(zhǎng)都有必定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變成多程使均勻溫度差降落。 這些也是選擇流速時(shí)應(yīng)予考慮的問(wèn)題。在本次設(shè)計(jì)中，依據(jù)表?yè)Q熱器常用流速的圍，取管流速管子的規(guī)格和擺列方法選擇選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不該超出前方介紹的流速?lài)?。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采納較大的管徑。我國(guó)當(dāng)前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有625義及619Xmm兩種規(guī)格的管子。在這里，選擇625義管子。管長(zhǎng)的選擇是以沖洗方便及合理使用管材為原則。長(zhǎng)管不便于沖洗，且易曲折。一般出廠的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長(zhǎng)為6m，則合理的換熱器管長(zhǎng)應(yīng)為、2、3或6m。別的，管長(zhǎng)和殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般取L/D為4?6(對(duì)直徑小的換熱器可大些)。在此次設(shè)計(jì)中，管長(zhǎng)選擇4m。管子在管板上的擺列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列等，等邊三角形擺列的長(zhǎng)處有:管板的強(qiáng)度高；流體走短路的時(shí)機(jī)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因此對(duì)流傳熱系數(shù)較高；同樣的殼徑可擺列更多的管子。正方形直列擺列的長(zhǎng)處是便于沖洗列管的外壁，合用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角擺列時(shí)為低。正方形錯(cuò)列擺列則介于上述二者之間，即對(duì)流傳熱系數(shù) （較直列擺列的）能夠適合地提高。管子在管板上擺列的間距（指相鄰兩根管子的中心距），隨管子與管板的連結(jié)方法不一樣而異。往常，脹管法取 ?1.5）d，且相鄰兩管外壁間距不該小于6mm即t三（d+6）。焊接法取管程和管殼數(shù)確實(shí)定當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)好多時(shí)，有時(shí)會(huì)使管流速較低，因此對(duì)流傳熱系數(shù)較小。為了提升管流速，可采納多管程?？墒浅虜?shù)過(guò)多，致使管程流體阻力加大，增添動(dòng)力花費(fèi)；同時(shí)多程會(huì)使均勻溫度差降落； 別的多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)試慮這些問(wèn)題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有 1、2、4和6程等四種。采納多程時(shí)，往常應(yīng)使每程的管子數(shù)大概相等。依據(jù)計(jì)算，管程為 6程，殼程為單程。折流擋板安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度， 使湍動(dòng)程度加劇，以提升殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼徑的10?40%,一般取20?25%,過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離 （板間距）B為外殼徑D的?1）倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中采納的 B值為：固定管板式的有150、300和600mm三種，板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管制，使對(duì)流傳熱系數(shù)降落。此次設(shè)計(jì)采納圓缺形擋板。換熱器殼體的徑應(yīng)等于或稍大于 （對(duì)浮頭式換熱器而言）管板的直徑。初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體的流速，而后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積， 于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。5．設(shè)計(jì)計(jì)算確立設(shè)計(jì)方案選擇換熱器的種類(lèi)因?yàn)椋琿1 Q2所以，qm1CpT1 qm2Cp2T2135080 (170T) 41104 (10560)23600 3600獲得T2兩流體溫度變化狀況：熱流體(柴油)進(jìn)口溫度170℃，出口溫度℃；冷流體(原油)進(jìn)口溫度60℃，出口溫度105℃。該換熱器用柴油預(yù)熱原油，為易結(jié)垢的流體。該換熱器的管壁平和殼體壁溫之差較大，所以初步確立采納浮頭式換熱器。流動(dòng)空間及流速的測(cè)定為減少熱損失和充足利用柴油的熱量，采納柴油走管程，原油走殼程。采納6 25義的碳鋼管，依據(jù)表三一管流速取ui。.確立物性數(shù)據(jù)依據(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)。柴油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)以下：密度1 715kg/m3定壓比熱容cp1/(kg℃)導(dǎo)熱系數(shù)1/(m℃)黏度1 103Pas原油的物性數(shù)據(jù)：2815kg/m3密度cp2 /(kg℃定壓比熱容/(m℃)導(dǎo)熱系數(shù)22 103Pas黏度計(jì)算總傳熱系數(shù)熱流量Qqm1CpT141104103(10560)106W13600均勻傳熱溫差' t1t2(170105)60)tm t1 170105ln ln60總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)d1u11 715 4Re104100.4TOC\o"1-5"\h\z1 d1u11 cp11d1 114 103 10410970W/m2 ℃殼程傳熱系數(shù)540W/m2 ℃2假定殼程的傳熱系數(shù)污垢熱阻Rd1Rd假定殼程的傳熱系數(shù)污垢熱阻Rd1Rd2管壁的導(dǎo)熱系數(shù)1KdRd1d2 21d1d1104m2 ℃/W45W/m℃bdRd2 12dm 21104970 45104 1540/m2℃計(jì)算傳熱面積S'Q106Ktm'考慮15%的面積裕度，SS'2工藝構(gòu)造尺寸

管徑和管流速/su1/s采納傳熱管（碳鋼）,取管流速管程數(shù)和傳熱管數(shù)依照傳熱管徑和流速確立單程傳熱管數(shù)35080715360044（根）4d1u按單程管計(jì)算,所需的傳熱管長(zhǎng)度為44d2ns44按單程管設(shè)計(jì),傳熱管過(guò)程,宜采納多管程構(gòu)造?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l6m，則該換熱器管程程數(shù)為（管4程）傳熱管總根數(shù)N傳熱管總根數(shù)N44176（根）均勻傳熱溫差校訂及殼程數(shù)均勻傳熱溫差校訂系數(shù)170105601056017060按單殼程,4管程構(gòu)造,溫差校訂系數(shù)應(yīng)查附圖對(duì)數(shù)均勻溫度校訂系數(shù)t?？傻镁鶆騻鳠釡夭顃mtt'm℃?zhèn)鳠峁軘[列和分程方法采納組合擺列法,即每程均按正三角擺列,隔板兩惻采納正方形擺列.取管心距,則232mm橫過(guò)管制中心線的管數(shù)nc176 16（根）殼體徑采納多管程構(gòu)造,取管板利用率,則殼體徑為D1.05tN32176圓整可取D580mm折流板采納弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的25%,則切去的圓缺高度為580145mm取折流板間距B,則580174mm可取B為200mm。折流板數(shù)傳熱管長(zhǎng)6000（塊）129折流板間距200折流板圓缺面水平裝置。接收殼程流體出進(jìn)口接收:取接收流速為金則接收徑為4V4411043600815（m）殼程流體出進(jìn)口接收:取接收流速為金則接收徑為4V4411043600815（m）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150mm。管程流體出進(jìn)口接收：取接收循環(huán)水流速u(mài)1m/s則接收徑為4V4350803600715（m）管程流體出進(jìn)口接收：取接收循環(huán)水流速u(mài)1m/s則接收徑為4V4350803600715（m）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150mm。熱量核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺形折流板,可采納凱恩公式2Re2Pr13當(dāng)量直徑,由正方形擺列得4t24d22420.027(m)殼程流通截面積So BD1d210.0253(m)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為411043600815普蘭特準(zhǔn)數(shù)Re0815103Pr粘度校訂管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流通截面積1031RePr10321760.4461(m/s)0.53510)0.0138(m2)10313Wm2℃4管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為35080/(3600715)u1Re 715 104普蘭特準(zhǔn)數(shù)103 103Pr4 Wm2℃1 (10傳熱系數(shù)K1Kd dbd2 2 21d1 Rd1d1 dm)/1Rd2 21145/m2℃?zhèn)鳠崦娣eSSQ 106Ktm該換熱器的實(shí)質(zhì)傳熱面積SpSdLNn14617p6162c6064(m2)該換熱器的面積裕度為Sp SH 100％100％ ％傳熱面積裕度大,該換熱器能夠達(dá)成生產(chǎn)任務(wù)核算壓力降管程壓力降PFNNNs 1,N4,u2u2由Re104傳熱管相對(duì)粗拙度20，查附圖二——摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對(duì)粗拙度的關(guān)系得1/m℃流速u(mài)1/s，所以715kg/m32715Pau27152Pa3PFNN2tsp105Pa管程壓降在同意圍之。殼程壓力降P1'P2'FtNs流體流經(jīng)管制的壓降2uoTOC\o"1-5"\h\zP1 Ff2ncNB 1f25 3272nc 16NB29，uo 116291 8152 12298.8754Pa2流體流過(guò)折流板缺口的壓降' 2B u22PN2BD2P2P2' 292 8152Pa總壓降P2 105Pa殼程壓降也比較適合。換熱器主要構(gòu)造尺寸和計(jì)算結(jié)果表1冷熱流體物性數(shù)據(jù)表物料名操作壓操作溫污垢系數(shù)導(dǎo)熱比熱流體密粘度系數(shù)柴油原油MPa170/123.225660/105m2.℃/WW/m.kJ/kg.kg/m32．48715815：化學(xué)工業(yè)200130580：化學(xué)工業(yè)200130580表2工藝設(shè)施尺寸表?yè)Q換熱面管子規(guī)管數(shù)管長(zhǎng)管間擺列折間切口熱積/格距方式流距高度殼體徑板器176600032正方參照文件[2]馬江權(quán)，冷一欣等。化工原理課程設(shè)計(jì)。：，2009[1]柴誠(chéng)敬,國(guó)亮等．化工流體流動(dòng)與傳熱[2]馬江權(quán)，冷一欣等?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)。：，2009［3］匡國(guó)柱，史啟才.化工單元過(guò)程及設(shè)施課程設(shè)計(jì)［M］：化學(xué)工業(yè)，20024］夏清，賈紹義?；ぴ恚ㄉ蟽?cè)）。天津：天津大學(xué)，2013積文主編，石油化工設(shè)施制造概論，；船舶工程學(xué)院，1989心得領(lǐng)會(huì)在此次的課程設(shè)計(jì)中，因?yàn)檗k理的數(shù)據(jù)量宏大