精選文檔精選文檔#柴油預熱原油的管殼式換熱器構造設計1.設計任務書設計題目用柴油預熱原油的管殼式換熱器設計任務查閱文件資料，認識換熱設施的有關知識，熟習換熱器設計的方法和步驟;依據設計任務書給定的生產任務和操作條件，進行換熱器工藝設計及計算；依據換熱器工藝設計及計算的結果，進行換熱器構造設計;以換熱器工藝設計及計算為基礎，聯合換熱器構造設計的結果，繪制換熱器裝置圖;編寫設計說明書對整個設計工作的進行書面總結，設計說明書應該用簡短的文字和清晰的圖表表達設計思想、計算過程和設計結果。操作條件物料溫度℃質量流量kg/h比熱kJ/kg.℃密度kg/m3導熱系數W/m.℃粘度r[r柴油進口170出口!T235080715X10-3原油6010541104815X10-3概括在不一樣溫度的流體間傳達熱能的裝置稱為熱互換器,簡稱為換熱器。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、動力、制冷、食品等行業中寬泛使用各樣換熱器,它們也是這些行業的通用設施,并據有十分重要的地位。跟著換熱器在工業生產中的地位和作用不一樣，換熱器的種類也多種多樣，不一樣種類的換熱器也各有優弊端，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業上的應用有著悠長的歷史，并且到現在仍在全部換熱器中據有主導地位。設計條件及物性參數表操作條件原油：進口溫度60℃出口溫度105℃質量流量：4n04kg/h加熱介質柴油：進口溫度170℃ 出口溫度T2質量流量：（35080）kg/h同意壓降：不超出義105Pa物性參數表溫度℃質量流量比熱密度導熱系數粘度物料kg/hkJ/kg.℃kg/m3W/m.℃進口 出口柴油 170 T2 35080 715 X10-3原油60 105 41104 815原油60 105 41104 815X10-3方案設計和擬定依據任務書給定的冷熱流體的溫度，來選擇設計列管式換熱器中的浮頭式換熱器；再依照冷熱流體的性質，判斷其能否易結垢，來選擇管程走什么，殼程走什么。在這里，柴油走管程，原油走殼程。從手冊中查得冷熱流體的物性數據，如密度，比熱容，導熱系數，黏度。計算出總傳熱系數，再計算出傳熱面積。依據管徑管流速，確立傳熱管數，標準傳熱管長為6山，算出傳熱管程，傳熱管總根數等等。再來就校訂傳熱溫差以及殼程數。確立傳熱管擺列方式和分程方法。依據設計步驟，計算出殼體徑，選擇折流板，確定板間距，折流板數等，再設計殼程和管程的徑。分別對調熱器的熱量，管程對流系數，傳熱系數，傳熱面積進行核算，再算出頭積裕度。最后，對傳熱流體的流動阻力進行計算，假如在設計圍就能達成任務。列管式換熱器種類選用依據固定管板式的特色：構造簡單，造價便宜，殼程沖洗和檢修困難，殼程一定是干凈不易結垢的物料。U形管式特色：構造簡單，質量輕，合用于高平和高壓的場合。管程沖洗困難，管程流體一定是干凈和不易結垢的物料。浮頭式特色：構造復雜、造價高，便于沖洗和檢修，完整除去溫差應力，應用廣泛。我們設計的換熱器的流體是油，易結垢，再依據能夠完整除去熱應力原則我們采納浮頭式換熱器。管程與殼程的選用1.依據以下原則：不干凈和易結垢的流體宜走管，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受腐化，且管子也便于沖洗和檢修壓強高的流體宜走管，免得殼體受壓飽和蒸氣宜走管間，以便于實時清除冷凝液，且蒸氣較干凈，冷凝傳熱系數與流速關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，以加強冷卻成效。需要提升流速以增大其對流傳熱系數的流體宜走管，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時，因為流速和流向的不停改變，在低Re(Re>100)下即可達到湍流，以提升對流傳熱系數，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，將加大對流傳熱系數，減少污垢在管子表面上堆積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數增大，進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，動力耗費就增加。所以適合的流速要經過經濟衡算才能定出。別的，在選擇流速時，還需考慮構造上的要求。比如，選擇高的流速，使管子的數量減少，對必定的傳熱面積，不得不采納較長的管子或增添程數。 管子太長不易沖洗，且一般管長都有必定的標準；單程變成多程使均勻溫度差降落。 這些也是選擇流速時應予考慮的問題。在本次設計中，依據表換熱器常用流速的圍，取管流速管子的規格和擺列方法選擇選擇管徑時，應盡可能使流速高些，但一般不該超出前方介紹的流速圍。易結垢、粘度較大的液體宜采納較大的管徑。我國當前試用的列管式換熱器系列標準中僅有625義及619Xmm兩種規格的管子。在這里，選擇625義管子。管長的選擇是以沖洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于沖洗，且易曲折。一般出廠的標準鋼管長為6m，則合理的換熱器管長應為、2、3或6m。別的，管長和殼徑應相適應，一般取L/D為4?6(對直徑小的換熱器可大些)。在此次設計中，管長選擇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列等，等邊三角形擺列的長處有:管板的強度高；流體走短路的時機少，且管外流體擾動較大，因此對流傳熱系數較高；同樣的殼徑可擺列更多的管子。正方形直列擺列的長處是便于沖洗列管的外壁，合用于殼程流體易產生污垢的場合；但其對流傳熱系數較正三角擺列時為低。正方形錯列擺列則介于上述二者之間，即對流傳熱系數 （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確實定當流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數好多時，有時會使管流速較低，因此對流傳熱系數較小。為了提升管流速，可采納多管程。可是程數過多，致使管程流體阻力加大，增添動力花費；同時多程會使均勻溫度差降落； 別的多程隔板使管板上可利用的面積減少，設計時應試慮這些問題。列管式換熱器的系列標準中管程數有 1、2、4和6程等四種。采納多程時，往常應使每程的管子數大概相等。依據計算，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， 使湍動程度加劇，以提升殼程對流傳熱系數。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%,過高或過低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離 （板間距）B為外殼徑D的?1）倍。系列標準中采納的 B值為：固定管板式的有150、300和600mm三種，板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管制，使對流傳熱系數降落。此次設計采納圓缺形擋板。換熱器殼體的徑應等于或稍大于 （對浮頭式換熱器而言）管板的直徑。初步設計時，可先分別選定兩流體的流速，而后計算所需的管程和殼程的流通截面積， 于系列標準中查出外殼的直徑。5．設計計算確立設計方案選擇換熱器的種類因為，q1 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)進口溫度170℃，出口溫度℃；冷流體(原油)進口溫度60℃，出口溫度105℃。該換熱器用柴油預熱原油，為易結垢的流體。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。流動空間及流速的測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，依據表三一管流速取ui。.確立物性數據依據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。柴油的有關物性數據以下：密度1 715kg/m3定壓比熱容cp1/(kg℃)導熱系數1/(m℃)黏度1 103Pas原油的物性數據：2815kg/m3密度cp2 /(kg℃定壓比熱容/(m℃)導熱系數22 103Pas黏度計算總傳熱系數熱流量Qqm1CpT141104103(10560)106W13600均勻傳熱溫差' t1t2(170105)60)tm t1 170105ln ln60總傳熱系數K管程傳熱系數d1u11 715 4Re104100.4TOC\o"1-5"\h\z1 d1u11 cp11d1 114 103 10410970W/m2 ℃殼程傳熱系數540W/m2 ℃2假定殼程的傳熱系數污垢熱阻Rd1Rd假定殼程的傳熱系數污垢熱阻Rd1Rd2管壁的導熱系數1KdRd1d2 21d1d1104m2 ℃/W45W/m℃bdRd2 12dm 21104970 45104 1540/m2℃計算傳熱面積S'Q106Ktm'考慮15%的面積裕度，SS'2工藝構造尺寸

管徑和管流速/su1/s采納傳熱管（碳鋼）,取管流速管程數和傳熱管數依照傳熱管徑和流速確立單程傳熱管數35080715360044（根）4d1u按單程管計算,所需的傳熱管長度為44d2ns44按單程管設計,傳熱管過程,宜采納多管程構造。現取傳熱管長l6m，則該換熱器管程程數為（管4程）傳熱管總根數N傳熱管總根數N44176（根）均勻傳熱溫差校訂及殼程數均勻傳熱溫差校訂系數170105601056017060按單殼程,4管程構造,溫差校訂系數應查附圖對數均勻溫度校訂系數t。可得均勻傳熱溫差tmtt'm℃傳熱管擺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橫過管制中心線的管數nc176 16（根）殼體徑采納多管程構造,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。折流板數傳熱管長6000（塊）129折流板間距200折流板圓缺面水平裝置。接收殼程流體出進口接收:取接收流速為金則接收徑為4V4411043600815（m）殼程流體出進口接收:取接收流速為金則接收徑為4V4411043600815（m）取標準管徑為150mm。管程流體出進口接收：取接收循環水流速u1m/s則接收徑為4V4350803600715（m）管程流體出進口接收：取接收循環水流速u1m/s則接收徑為4V4350803600715（m）取標準管徑為150mm。熱量核算殼程對流傳熱系數對圓缺形折流板,可采納凱恩公式2Re2Pr13當量直徑,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分別為411043600815普蘭特準數Re0815103Pr粘度校訂管程對流傳熱系數管程流通截面積1031RePr10321760.4461(m/s)0.53510)0.0138(m2)10313Wm2℃4管程流體流速及其雷諾數分別為35080/(3600715)u1Re 715 104普蘭特準數103 103Pr4 Wm2℃1 (10傳熱系數K1Kd dbd2 2 21d1 Rd1d1 dm)/1Rd2 21145/m2℃傳熱面積SSQ 106Ktm該換熱器的實質傳熱面積SpSdLNn14617p6162c6064(m2)該換熱器的面積裕度為Sp SH 100％100％ ％傳熱面積裕度大,該換熱器能夠達成生產任務核算壓力降管程壓力降PFNNNs 1,N4,u2u2由Re104傳熱管相對粗拙度20，查附圖二——摩擦系數與雷諾準數及相對粗拙度的關系得1/m℃流速u1/s，所以715kg/m32715Pau27152Pa3PFNN2tsp105Pa管程壓降在同意圍之。殼程壓力降P1'P2'FtNs流體流經管制的壓降2uoTOC\o"1-5"\h\zP1 Ff2ncNB 1f25 3272nc 16NB29，uo 116291 8152 12298.8754Pa2流體流過折流板缺口的壓降' 2B u22PN2BD2P2P2' 292 8152Pa總壓降P2 105Pa殼程壓降也比較適合。換熱器主要構造尺寸和計算結果表1冷熱流體物性數據表物料名操作壓操作溫污垢系數導熱比熱流體密粘度系數柴油原油MPa170/123.225660/105m2.℃/WW/m.kJ/kg.kg/m32．48715815：化學工業200130580：化學工業200130580表2工藝設施尺寸表換換熱面管子規管數管長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，冷一欣等。化工原理課程設計。：，2009[1]柴誠敬,國亮等．化工流體流動與傳熱[2]馬江權，冷一欣等。化工原理課程設計。：，2009［3］匡國柱，史啟才.化工單元過程及設施課程設計［M］：化學工業，20024］夏清，賈紹義。化工原理（上冊）。天津：天津大學，2013積文主編，石油化工設施制造概論，；船舶工程學院，1989心得領會在此次的課程設計中，因為辦理的數據量宏大