煤油冷却器的设计

1、南京工业大学材料工程道理B课程设计设计标题：石油冷却器的设计专 业：高分子材料科学与工程班级： 高材0801学号：1102080104姓 名：夏亚云指点教师：周勇敏日 期：2010/12/30设计成绩：目次.义务 -3-设计标题设计义务及操纵前提设计请求二设 计 计 划 简-3-概述2.2列管式换热器三热量设计 5-初选换热器的类型管程安插（流淌空间的选择）及流速肯定四工 艺 构 造 设计 -8-五换热器核算 -13-六 .帮 助 装 备 的 盘 算 和 选择17七设 计 成 果 表汇-20-八参考文献.-20-21附图：(主体装备设计图，工艺流程简图)一 .化工道理课程设计义务书石油冷却换热

2、器设计X 104tzy2,装备型式列管式换热器3,操纵前提(1)石油： 进口温度140C,出口温度40 C(2)冷却介质：工业硬水 ，进口温度 20C,出口温度40 C(3)油侧与水侧许可压强降：不大于105Pa(4)每年按330天计，天天24小时持续运行(5)石油定性温度下的物性参数：名称3._ ( kg/m )Cp (kJ/kg.C)口)|_l(W/m. C)油825X 10-4适合的列管式换热器并进行核算(见A4纸另附).设计计划简介换热器是化工，炼油工业中广泛应用的典范的工艺装备,在化工场，换热器的费用约占总费用的10%20潍炼油厂约占总费用35%40%换热器在其他部分，如动力.原子能

3、.冶金.食物.交通.环 保,家电等也有着广泛的应用.是以，设计和选择得到应用.高效的 换热器对降低装备的造价和操纵费器具有十分重要的意义在不合温度的流体间传递热能的装配称为热交流器，即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的装备.换热器的类型按传热方法的不合可分为：混杂式.蓄热式和间壁式.个中央壁式换热器应用最广泛.因设计须要，下面简略介绍下列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器 ，在化工临盆中被广泛应用.它 的构造简略.牢固.制作较轻易，处理才能大，顺应机能，操纵弹性较 大，尤其在高温.高压和大型装配中应用更为广泛 .固定管板式即两头管板和壳体贯穿连接成一体，是以它具有构造简略造价低

4、廉的长处.但是因为壳程不轻易检修和清洗，是以壳方流体应是较为干净且不轻易结垢的物料.当两流体的温度差较大时，应斟酌热抵偿.有具有抵偿圈（或称膨胀节）的固定板式换 热器，即在外壳的恰当部位焊上一个抵偿圈，当外壳和牵制的热膨胀程度不合时，抵偿圈产生弹性形变，以顺应外壳和牵制的不合的 热膨胀程度.这种热抵偿办法轻便，但不宜用于两流体温度差太大 和壳方流体压强过高的场合.1-挡板 2- 抵偿圈 3-放气嘴这种换热器有一段管板不与壳体相连，可沿轴向自由伸缩.这种构造不单可完整清除热应力，并且在清洗和检修时,全部牵制 可以从壳体中抽出.是以，尽管其架构较庞杂，造价较高，但应用仍 较广泛.每根管子都弯成 U

5、形，两头固定在统一个管板上，是以，每 根管子皆可自由伸缩，从而解决热抵偿问题.这种构造较简略，质量 轻，实用于高温高压前提.其缺陷是管内不轻易清洗，并且因为管子 要有必定的曲折半径，其管板应用率较低.依据义务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器 的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，断定其是否轻易结 垢，来选择管程走什么，壳程走什么.本设计中选择使轮回工业硬水 走管程，石油走壳程.从资估中查得冷热流体的物性数据，如比热容,密度，粘度，导热系数等.盘算出总传热系数，再盘算传热面积.依据 管径，管内流速肯定传热管数，算出传热管程，传热管总根数等.然 后校订传热温差及壳程数，肯定传热管

6、分列方法和分程办法.依据 设计步调，盘算出壳体内径，选择折流板，肯定板间距，折流板数等； 接着再对调热器的热量，官称对传播热系数，传热系数，传热面积进 行核算，再算出面积裕度，最后，对流体的流淌阻力进行盘算.2.4工艺流程简图(见附图)三.工艺盘算和主体装备设计初选换热器类型两流体的温度变更情形如下：(1)石油：进口温度140C,出口温度40 C;(2)冷却介质：自来水，进口温度30C,出口温度40 C;该换热器用轮回冷却自来水进行冷却，冬季操纵时，其进口温度会降低，考略到这一身分，估量所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，需斟酌热膨胀的影响，响应地进行热膨胀的抵偿，故而初步肯定选用带有膨胀

7、节的管板式换热器.管程安插及流速肯定已知两流体许可压强降不大于100kPa;两流体分离为石油和自来水.与石油比拟，水的对传播热系数一般较大.因为轮回冷却水较 易结垢，若其流速太低，将会加速污垢增长速度，使换热器的热流量降低，斟酌到散热降温方面的身分，应使轮回自来水走管程，而使石 油走壳程.选用25X2.5的碳钢管，管内流速取Ui=0.5m/s.表3-2.列管式换热器内的合适流速规模流体种类流速/ (m/s)管程壳程一般液体0.53易结垢液体1气体5-303-15表3-3.不合粘度液体的流速（以通俗钢壁为例）液体粘度/mPa. s 15001500500500100100 35351V 1最大流

8、速/（m/s）定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，具定性温度可取T140 -40 90 C2t20-0 30C2流体进出口温度的平均值.壳程流体（石油）的定性温度为：管程流体（硬水）的定性温度为: 依据定Ii温度，分离查取壳程和管程流体的有关物性数据密度/ (kg/m3)比热容/ ( kJ/kg?C)粘度/ (Pa?s)导热系数/ ( W/m?C)石油825X 10-4水(30 C)996X 10-4.石油的流量已知请求处理才能为 15.8万吨石油每年(每年按 330天计，天天24小时持续运行)，则石油的流量为：Wh-热流体的流量，kg/h;. 热流量由以上的盘算成果以及标题已知，代入下面

9、的式子，有：Q=W；h(Ti-T2)= X CX ( 140-40) C =4428789KJ/h =1230219W.平均传热温差盘算两流体的平均传热温差 ，临时按单壳程.多管程盘算.逆流时,我们有石油：140 C 40 c水：40 C20 c从而tmtmC此时TiT214040t2t140205t2 t14020 c _0.17P= Ti t1140 20R=式子中:T,三一一热流体（石油）的进出口温度 ,K或C ;5工一一冷流体（自来水）的进出口温度，K或C;由图4-25 （拜见化学工业出版社的化工道理（第四版）147页，可查得： 口 0.8，所以，修改后的传热温度差为：F=| tml

10、49.7 0.83 41.3|C.冷却水用量由以上的盘算成果以及已知前提，很轻易算得:QWc=Cpc(t2QWc=Cpc(t2 44287894.174 (40 20)53052kg/h.总传热系数K选择时,除要斟酌流体的物性和操纵前提外，还应斟酌换热器的类型.管程传热系数:du i 0.02 0.5 99612439Re1= i 0.0008007 TOC o 1-5 h z CP i 4174 0.0008007 一Pr1 =5.41Pr1 =i0.6176i /di ui i 0.8 ,CP i x 0.4 ()()DCi= diiiDC=2633W/m 2?C壳程传热系数：假设壳程的传

11、热系数是：I o|=700 W/mi?C污垢热阻：R si2C/W_2 一Rso=0.000172 m C/W管壁的导热系数:Ll=45 m2管壁的导热系数:Ll=45 m2 C /W鄙人面的公式中，代入以上数据，可得（6）,盘算传热面积由以上的盘算数据，代入下面的公式，盘算传热面积:斟酉勺15%勺面积裕度，则：四,工艺构造设计选用25 X s.依据传热管的内径和流速，可以肯定单程管子根数： 吗 996） 94,2 95（根） di2Ui0.785 0.022 0.5n s=|4按单程盘算，所需传热管的长度是：若按单程管盘算，传热管过长，宜采取多管程构造，可见取传热管长l=6m,则该传热管程数

12、为:l=6m,则该传热管程数为:NpL11.72（管程）pl6则传热管的总根数为:(140 40) (40 20)I tm，l=140 40 In40 2049.7此时:则传热管的总根数为:(140 40) (40 20)I tm，l=140 40 In40 2049.7此时:t2t140200.17T1t114020P=T1T214040t2t140205R=由图4-25 （拜见化学工业出版社的化工道理（第四版）147页，可查得： 口0,8,所以，修改后的传热温度差为： Gtm，| ； 49.7 0,83 41.3卜C ,壳程数为单程，管程数为2.0,则横过牵制中间线的管数(1)采取多管程构

13、造，取管板应用率刀=0.7,则壳体内径为圆整可取D=600mm(2)换热管的选型汇总依据以上的盘算可以得到如下的盘算成果：DN,mm600管程数2壳程数1管子根数190中间排管数17管程流畅面积,m2换热面积，m2换热器长度,mm6000经由过程查表，可以发明下面的构造尺寸的换热器和所需的比较接近，故而选择该种换热器：DN,mm600管程数2壳程数1管子根数232中间排管数16管程流畅面积,m2换热面积，m2,mm6000设置折流板的目标是为了进步流速，增长湍动，改良传热，在卧式换热器中还起支持牵制的感化.经常应用的有弓形折流板(图1-20)和圆盘-圆环形折流板(图 1-21 ),弓形折流板又

14、分为单弓 形图1-20 (a).双弓形图1-20 (b).三重弓形图1-20(c)等几种情势.单弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h为壳体公称直径 Dg 的15%-45%,最好是20%,见图1-22 (a);在卧式冷凝器中，折流 板底部开一 90的缺口，见图1-22 (b).高度为1520mm供停 工清除残液用；在某些冷凝器中须要保存一部分过冷凝液使凝液泵 具有正的吸入压头，这时可采取堰的折流板，见图1-22 (c).在大直径的换热器中，如折流板的间距较大，流体绕到折流板面 前接近壳体处，会有一部分液体停止起来，形成对传热晦气的“逝 世区”.为了清除这种弊病，宜采取双弓形折流板或三弓形折流板.

15、从传热的不雅点斟酌，有些换热器(如冷凝器)不须要设置折 流板.但为了增长换热器的刚度，防止管子振动，现实仍然须要设置 必定命量的支承板，其外形与尺寸均按折流板一样来处理.折流板与支承板一般均借助于长拉杆经由过程焊接或定距管来保持板间 的距离，其构造情势可拜见图1-23.因为换热器是功用不合，以及壳程介质的流量.粘度等不合，折 流板间距也不合，其系列为 ： 100mm,150mm,200mm,300mm,450mm,600mm,800mm,1000mm.许可的最小折流板间距为壳体内径的 20%或50mm取个中较大 值.许可的最大折流板间距与管径和壳体直径有关，当换热器内流体无相变时,其最大折流板

16、间距不得大于壳体内径 ，不然流体流向 就会与管子平行而不是垂直于管子，从而使传热膜系数降低.折流板外径与壳体之间的间隙越小，壳程流体介质由此泄露的量越少，即削减了流体的短路，使传热系数进步，但间隙过小，给制作装配带来艰苦，增长装备成本，故此间隙要求合适.折流板厚度与壳体直径和折流板间距有关，见表5.5.1所列数据.表5.5.1. 折流板厚度/ mm壳体公称内 径/mm相邻两折流板间距/mm7502002503561010400700561010127001000681012161000610121616支承板厚度一般不该小于表5.5.2（左）中所列数据.支承板许可不支承的最大间距可参考表5.5

17、.2 （右）所列数据.壳体直径/mm4004008009001200管子外径/mm19253857支承板厚度/mm6810最大间距/mm1500180025003400经选择，我们采取弓形折流板，取弓形折流圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为：X600=150mm取折流板间距B=0.3D,则：X600=180mm可取 B=200mm因而查表可得：折流板厚度为 5mm支承板厚度为 8mm支承板 许可不支承最大间距为 1800mm.传热管长 6000折流板数N传热管长 6000折流板数NB=I折流板间距2001 29(块)折流板圆缺面程度装配.则接收内径为:0.093m4V 4 1994

18、9.5/(3600 825)0.093md=u3.14 1.0d=所以,取尺度管的内径为100mm.查表得，PN4.0MPa的接收外伸长度为 150mm.取接收内轮回水流速 u=1.5m/s,则接收内径:0.112m4 53052/(3600 996)0.112md=3.14 1.5d=取尺度管径为120mm.查表得，查表得，PN 500时,1。5(Re。)0.22n c一一横过牵制中间线的管子数，对正三角形分列ncN b折流挡板数代入数值得：流体流经折流板缺口的阻力个中|b 0.18m| Id 0.6m| |u。0.28m/sD壳径,mB 折流才I板间距，m代入数值得：（3）总阻力经由以上的

19、核算，我们发明，管程压力降和壳程压力降都相 符请求.水泵的选择流量 |qm 53052Kg/h选管内流速1/国,估算管内径钢管绝对光滑度取诜| 88.5mm 4硒水煤气管,内径匚垂画,管路总长为15m,个中 换热器截面凌驾蓄水池概况10m,吸入管路长5m钢管绝对光滑度取uqv53.12.90m/s3600 d 2_一2900 3.14 (0.0805)4管内流速.,0.35 c cc/c(/d 0.00430.35mm|,相对光滑度 805查得摩擦系数I0.028|,截止阀（全开）|le/d 300，三个90 弯 头|le/d 35 3 105管路的压头损掉由伯努利方程，得扬程LC ,3 ，依

20、据已知流量 再53.1m/h扬程H=17.1m （水柱）可从离心泵规格表中选用型号IS80-65-125油泵的选择流量 回 19949.5Kg/h选管内流速I 0前国,估算管内径选| MOmm 45而水煤气管,内径|d 131mm管路总长为15m,两截面间距离Z=8m管内流速qv23600 d管内流速qv23600 d424.2_2900 3.14 (0.131)0.50m/ s钢管绝对光滑度取0.35mm|,相对光滑度/d 0.35 0.0027131查得摩擦系数I。.。3|,截止阀（全开）Pe/d 300|,两个90弯头卜e/d 35 2 70管路的压头损掉由伯努利方程，得扬程3依据已知流

21、量lqv 24.2m/h扬程H=8.19 （水柱）可从离心泵规格表中选用型号IS80-65-160换热器重要构造尺寸和盘算成果表参数管程壳程进.出口温度，c20/40140/40压力，Pa9226流量,kg/h53052物 性物性温度，c3090密度,kg/m3996825定压比热容,kJ/ （kg?C）粘度,Pa ?s热导率,W/m? C结 构 参情势管板式换热器壳程数1壳体内径,mm600台数1管径,mm25 2.5管心距，mm32数管长,mm6000管子分列管数，根190折流板数，个29传热面积，m2折流板间距,mm200管程数2材质碳钢重要盘算成果管程壳隹流速,m/s污垢热阻,m2 C/W热流量,KW传热温差，c传热系数,W/(m2K)面积裕度/%16.1%1天津大学化工道理教研室编化工道理上 .下册(第二版)M,天津：天津科技出版社,19962柴诚敬等.化工道理课程设计M,.天津：天津科学技巧出 版社,20003伟萍等编.化工进程及装备设计M,北京：化学工业出版社,2000.4潘国昌，化工装备设计M,北京：清华大学出版社.20015娄爱娟，吴志泉，吴叙