柴油预热原油管壳式换热器结构设计

精选文档精选文档#柴油预热原油的管壳式换热器构造设计1.设计任务书设计题目用柴油预热原油的管壳式换热器设计任务查阅文件资料，认识换热设施的有关知识，熟习换热器设计的方法和步骤;依据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；依据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器构造设计;以换热器工艺设计及计算为基础，联合换热器构造设计的结果，绘制换热器装置图;编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应该用简短的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。操作条件物料温度℃质量流量kg/h比热kJ/kg.℃密度kg/m3导热系数W/m.℃粘度r[r柴油进口170出口!T235080715X10-3原油6010541104815X10-3概括在不一样温度的流体间传达热能的装置称为热互换器,简称为换热器。在换热器中起码要有两种温度不一样的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,汲取热量在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中宽泛使用各样换热器,它们也是这些行业的通用设施,并据有十分重要的地位。跟着换热器在工业生产中的地位和作用不一样，换热器的种类也多种多样，不一样种类的换热器也各有优弊端，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠长的历史，并且到现在仍在全部换热器中据有主导地位。设计条件及物性参数表操作条件原油：进口温度60℃出口温度105℃质量流量：4n04kg/h加热介质柴油：进口温度170℃ 出口温度T2质量流量：（35080）kg/h同意压降：不超出义105Pa物性参数表温度℃质量流量比热密度导热系数粘度物料kg/hkJ/kg.℃kg/m3W/m.℃进口 出口柴油 170 T2 35080 715 X10-3原油60 105 41104 815原油60 105 41104 815X10-3方案设计和拟定依据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器；再依照冷热流体的性质，判断其能否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，柴油走管程，原油走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。依据管径管流速，确立传热管数，标准传热管长为6山，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校订传热温差以及壳程数。确立传热管摆列方式和分程方法。依据设计步骤，计算出壳体径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的径。分别对调热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出头积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，假如在设计围就能达成任务。列管式换热器种类选用依据固定管板式的特色：构造简单，造价便宜，壳程冲洗和检修困难，壳程一定是干净不易结垢的物料。U形管式特色：构造简单，质量轻，合用于高平和高压的场合。管程冲洗困难，管程流体一定是干净和不易结垢的物料。浮头式特色：构造复杂、造价高，便于冲洗和检修，完整除去温差应力，应用广泛。我们设计的换热器的流体是油，易结垢，再依据能够完整除去热应力原则我们采纳浮头式换热器。管程与壳程的选用1.依据以下原则：不干净和易结垢的流体宜走管，以便于冲洗管子腐化性的流体宜走管，免得壳体和管子同时受腐化，且管子也便于冲洗和检修压强高的流体宜走管，免得壳体受压饱和蒸气宜走管间，以便于实时清除冷凝液，且蒸气较干净，冷凝传热系数与流速关系不大被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以加强冷却成效。需要提升流速以增大其对流传热系数的流体宜走管，因管程流通面积常小于壳程，且可采纳多管程以增大流速。粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间因流体在有折流挡板的壳程流动时，因为流速和流向的不停改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提升对流传热系数，我们选择柴油走管程，原油走壳程。流体流速的选择增添流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上堆积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，进而可减小换热器的传热面积。可是流速增添，又使流体阻力增大，动力耗费就增加。所以适合的流速要经过经济衡算才能定出。别的，在选择流速时，还需考虑构造上的要求。比如，选择高的流速，使管子的数量减少，对必定的传热面积，不得不采纳较长的管子或增添程数。 管子太长不易冲洗，且一般管长都有必定的标准；单程变成多程使均匀温度差降落。 这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，依据表换热器常用流速的围，取管流速管子的规格和摆列方法选择选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不该超出前方介绍的流速围。易结垢、粘度较大的液体宜采纳较大的管径。我国当前试用的列管式换热器系列标准中仅有625义及619Xmm两种规格的管子。在这里，选择625义管子。管长的选择是以冲洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于冲洗，且易曲折。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为、2、3或6m。别的，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4〜6(对直径小的换热器可大些)。在此次设计中，管长选择4m。管子在管板上的摆列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，等边三角形摆列的长处有:管板的强度高；流体走短路的时机少，且管外流体扰动较大，因此对流传热系数较高；同样的壳径可摆列更多的管子。正方形直列摆列的长处是便于冲洗列管的外壁，合用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角摆列时为低。正方形错列摆列则介于上述二者之间，即对流传热系数 （较直列摆列的）能够适合地提高。管子在管板上摆列的间距（指相邻两根管子的中心距），随管子与管板的连结方法不一样而异。往常，胀管法取 〜1.5）d，且相邻两管外壁间距不该小于6mm即t三（d+6）。焊接法取管程和管壳数确实定当流体的流量较小或传热面积较大而需管数好多时，有时会使管流速较低，因此对流传热系数较小。为了提升管流速，可采纳多管程。可是程数过多，致使管程流体阻力加大，增添动力花费；同时多程会使均匀温度差降落； 别的多程隔板使管板上可利用的面积减少，设计时应试虑这些问题。列管式换热器的系列标准中管程数有 1、2、4和6程等四种。采纳多程时，往常应使每程的管子数大概相等。依据计算，管程为 6程，壳程为单程。折流挡板安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度， 使湍动程度加剧，以提升壳程对流传热系数。最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳径的10〜40%,一般取20〜25%,过高或过低都不利于传热。两相邻挡板的距离 （板间距）B为外壳径D的〜1）倍。系列标准中采纳的 B值为：固定管板式的有150、300和600mm三种，板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。板间距过大，流体就难于垂直地流过管制，使对流传热系数降落。此次设计采纳圆缺形挡板。换热器壳体的径应等于或稍大于 （对浮头式换热器而言）管板的直径。初步设计时，可先分别选定两流体的流速，而后计算所需的管程和壳程的流通截面积， 于系列标准中查出外壳的直径。5．设计计算确立设计方案选择换热器的种类因为，q1 Q2所以，qm1CpT1 qm2Cp2T2135080 (170T) 41104 (10560)23600 3600获得T2两流体温度变化状况：热流体(柴油)进口温度170℃，出口温度℃；冷流体(原油)进口温度60℃，出口温度105℃。该换热器用柴油预热原油，为易结垢的流体。该换热器的管壁平和壳体壁温之差较大，所以初步确立采纳浮头式换热器。流动空间及流速的测定为减少热损失和充足利用柴油的热量，采纳柴油走管程，原油走壳程。采纳6 25义的碳钢管，依据表三一管流速取ui。.确立物性数据依据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。柴油的有关物性数据以下：密度1 715kg/m3定压比热容cp1/(kg℃)导热系数1/(m℃)黏度1 103Pas原油的物性数据：2815kg/m3密度cp2 /(kg℃定压比热容/(m℃)导热系数22 103Pas黏度计算总传热系数热流量Qqm1CpT141104103(10560)106W13600均匀传热温差' t1t2(170105)60)tm t1 170105ln ln60总传热系数K管程传热系数d1u11 715 4Re104100.4TOC\o"1-5"\h\z1 d1u11 cp11d1 114 103 10410970W/m2 ℃壳程传热系数540W/m2 ℃2假定壳程的传热系数污垢热阻Rd1Rd假定壳程的传热系数污垢热阻Rd1Rd2管壁的导热系数1KdRd1d2 21d1d1104m2 ℃/W45W/m℃bdRd2 12dm 21104970 45104 1540/m2℃计算传热面积S'Q106Ktm'考虑15%的面积裕度，SS'2工艺构造尺寸

管径和管流速/su1/s采纳传热管（碳钢）,取管流速管程数和传热管数依照传热管径和流速确立单程传热管数35080715360044（根）4d1u按单程管计算,所需的传热管长度为44d2ns44按单程管设计,传热管过程,宜采纳多管程构造。现取传热管长l6m，则该换热器管程程数为（管4程）传热管总根数N传热管总根数N44176（根）均匀传热温差校订及壳程数均匀传热温差校订系数170105601056017060按单壳程,4管程构造,温差校订系数应查附图对数均匀温度校订系数t。可得均匀传热温差tmtt'm℃传热管摆列和分程方法采纳组合摆列法,即每程均按正三角摆列,隔板两恻采纳正方形摆列.取管心距,则232mm横过管制中心线的管数nc176 16（根）壳体径采纳多管程构造,取管板利用率,则壳体径为D1.05tN32176圆整可取D580mm折流板采纳弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%,则切去的圆缺高度为580145mm取折流板间距B,则580174mm可取B为200mm。折流板数传热管长6000（块）129折流板间距200折流板圆缺面水平装置。接收壳程流体出进口接收:取接收流速为金则接收径为4V4411043600815（m）壳程流体出进口接收:取接收流速为金则接收径为4V4411043600815（m）取标准管径为150mm。管程流体出进口接收：取接收循环水流速u1m/s则接收径为4V4350803600715（m）管程流体出进口接收：取接收循环水流速u1m/s则接收径为4V4350803600715（m）取标准管径为150mm。热量核算壳程对流传热系数对圆缺形折流板,可采纳凯恩公式2Re2Pr13当量直径,由正方形摆列得4t24d22420.027(m)壳程流通截面积So BD1d210.0253(m)壳程流体流速及其雷诺数分别为411043600815普兰特准数Re0815103Pr粘度校订管程对流传热系数管程流通截面积1031RePr10321760.4461(m/s)0.53510)0.0138(m2)10313Wm2℃4管程流体流速及其雷诺数分别为35080/(3600715)u1Re 715 104普兰特准数103 103Pr4 Wm2℃1 (10传热系数K1Kd dbd2 2 21d1 Rd1d1 dm)/1Rd2 21145/m2℃传热面积SSQ 106Ktm该换热器的实质传热面积SpSdLNn14617p6162c6064(m2)该换热器的面积裕度为Sp SH 100％100％ ％传热面积裕度大,该换热器能够达成生产任务核算压力降管程压力降PFNNNs 1,N4,u2u2由Re104传热管相对粗拙度20，查附图二——摩擦系数与雷诺准数及相对粗拙度的关系得1/m℃流速u1/s，所以715kg/m32715Pau27152Pa3PFNN2tsp105Pa管程压降在同意围之。壳程压力降P1'P2'FtNs流体流经管制的压降2uoTOC\o"1-5"\h\zP1 Ff2ncNB 1f25 3272nc 16NB29，uo 116291 8152 12298.8754Pa2流体流过折流板缺口的压降' 2B u22PN2BD2P2P2' 292 8152Pa总压降P2 105Pa壳程压降也比较适合。换热器主要构造尺寸和计算结果表1冷热流体物性数据表物料名操作压操作温污垢系数导热比热流体密粘度系数柴油原油MPa170/123.225660/105m2.℃/WW/m.kJ/kg.kg/m32．48715815：化学工业200130580：化学工业200130580表2工艺设施尺寸表换换热面管子规管数管长管间摆列折间切口热积/格距方式流距高度壳体径板器176600032正方参照文件[2]马江权，冷一欣等。化工原理课程设计。：，2009[1]柴诚敬,国亮等．化工流体流动与传热[2]马江权，冷一欣等。化工原理课程设计。：，2009［3］匡国柱，史启才.化工单元过程及设施课程设计［M］：化学工业，20024］夏清，贾绍义。化工原理（上册）。天津：天津大学，2013积文主编，石油化工设施制造概论，；船舶工程学院，1989心得领会在此次的课程设计中，因为办理的数据量宏大