柴油原油換熱器設計說明書(doc)

1、<p><b>　　化工原理課程設計</b></p><p>　　柴油換熱器設計說明書</p><p>　　設計者：班級：過控132</p><p><b>　　組長：吳世杰</b></p><p>　　成員：劉云杰 李亞芳 鄭仕業(yè) 刁昌東 王宇 </p><p>

2、<b>　　學生姓名：吳世杰</b></p><p>　　日期 ：2015年9月4日</p><p><b>　　指導教師：佟白</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．設計說明書·····&#

3、183;····································

4、······················3二．設計條件及主要物性的確定············&

5、#183;····································

6、;··3</p><p>　　1．定性溫度的確定·····························

7、····························3</p><p>　　2．流體有關物性···&#

8、183;····································

9、···················3</p><p>　　三. 確定設計方案············&

10、#183;····································

11、;·············4</p><p>　　選擇換熱器的類型··················&

12、#183;···································4<

13、/p><p>　　2．流程安排································

14、83;······························4</p><p>　　估算傳熱面積·&

15、#183;····································

16、;·······················4</p><p>　　傳熱器的熱負荷········&#

17、183;····································

18、··········4</p><p>　　平均傳熱溫差·····················

19、3;···································4</p&

20、gt;<p>　　傳熱面積估算·································

21、························4</p><p>　　工程結構尺寸·······

22、3;····································&#

23、183;················5</p><p>　　管徑和管內流速···············

24、;····································

25、83;····5</p><p>　　管程數(shù)和傳熱管數(shù)···························

26、;···························5</p><p>　　平均傳熱溫差校正和殼程數(shù)···

27、83;····································&

28、#183;·····5</p><p>　　傳熱管排列和分程方法·························&

29、#183;························5</p><p>　　殼程內徑·······&

30、#183;····································

31、;··················6</p><p>　　折流板··············

32、····································

33、3;·············6</p><p>　　其他附件··················

34、3;····································&#

35、183;······6</p><p>　　接管·························

36、3;····································&#

37、183;···6</p><p>　　六．換熱器核算····························

38、;····································

39、83;7</p><p>　　1.熱流量核算·······························

40、································7</p><p>　?。?）殼

41、程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)···································

42、83;···············7</p><p>　　（2）管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)···············&#

43、183;···································7</

44、p><p>　　（3）污垢熱阻和管壁熱阻·······························

45、3;·················8</p><p>　　（4）傳熱系數(shù)K··············

46、····································

47、3;······8</p><p>　?。?）傳熱面積裕度·························

48、;······························8 </p><p>　　2.壁溫核算·&#

49、183;····································

50、···························9</p><p>　　3.換熱器內流體的流動阻力···

51、83;····································&

52、#183;··········9</p><p>　?。?）管程流動阻力····················&#

53、183;···································9</

54、p><p>　　（2）殼程流動阻力································&

55、#183;······················10</p><p>　　七．換熱器主要工藝結構尺寸和計算結果表······

56、83;································11</p><p>　　

57、八．設備參考數(shù)計算···································&

58、#183;·······················12</p><p>　　1.殼體壁厚·······

59、3;····································&#

60、183;··················12</p><p>　　2.接管法蘭·············

61、;····································

62、83;·············12</p><p>　　3.設備法蘭··················

63、····································

64、3;········12 </p><p>　　4.封頭管箱·······················

65、····································

66、3;···12</p><p>　　5.設備法蘭墊片（橡膠石棉板）··························

67、3;···················12</p><p>　　6.管法蘭用墊片············

68、;····································

69、83;··········13</p><p>　　7.管板·····················&#

70、183;····································

71、··········13</p><p>　　8.支墊（鞍式支座）·····················

72、;····································

73、83;13</p><p>　　9.設備參數(shù)總表······························

74、3;····························13</p><p>　　九．設計總結···&

75、#183;····································

76、;·························15</p><p>　　十.主要符號說明 ·····

77、3;····································&#

78、183;·················16</p><p>　　十一.參考文獻·············

79、3;····································&#

80、183;·············17</p><p><b>　　一、設計說明書</b></p><p>　　1.設計任務書和設計條件</p><p>　　原油44000kg/h由70°C被加熱到110&

81、#176;C與柴油換熱，柴油流量34000kg/h，柴油入口溫度175°C，出口溫度127。已知兩則污垢熱阻為0.0002㎡·C/W,管程與殼程兩則降壓小于或等于0.3at，熱阻損失5%，初設k=250w/ m2·°C。</p><p>　　二、設計條件及主要物性參數(shù)</p><p><b>　　2.1設計條件</b></

82、p><p>　　由設計任務書可得設計條件如下表：</p><p>　　注：要求設計的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設計壓力比最大操作壓力略大，本設計的設計壓力比最大操作壓力大0.1MPa。</p><p>　　2.2確定主要物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.2.1定性溫度的確定</p><p>　　根據(jù)《流體力學（上）

83、》P177，公式（4-109），熱流量為</p><p>　　Qc = Wc Cpc(T1－T2) ×1.05 =44000×2.2×（148－42）×1.05</p><p>　　=1.13×106kJ/h = 1.13×106 W </p><p>　　管程柴油的定性溫度為</p><

84、;p><b>　　℃</b></p><p>　　殼程原油的定性溫度為</p><p><b>　　℃ </b></p><p>　　2.2.2流體有關物性數(shù)據(jù)</p><p>　　根據(jù)由上面兩個定性溫度數(shù)據(jù)，查閱參考書可得原油和柴油的物理性質。運用內插法（公式為 ）,可得殼程和管程流體的有

85、關物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　原油在90℃，1.2MPa下的有關物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　柴油在151℃的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　三、確定設計方案</b></p><p>　　3.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　由于溫差較大和要便于清洗殼程污垢，對于油品

86、換熱器，以采用</p><p>　　Fe系列的浮頭式列管換熱器為宜。</p><p>　　采用折流擋板，可使作為被冷卻的原油易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。</p><p><b>　　3.2 流程安排</b></p><p>　　柴油溫度高，走管程課減少熱損失，原油黏度較大，走殼程在較低的Re數(shù)時即

87、可達到湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。</p><p><b>　　四、估算傳熱面積</b></p><p><b>　　4.1熱流量</b></p><p><b>　　4.2平均傳熱溫差</b></p><p>　　== (0℃,1atm)=61℃</p>&l

88、t;p><b>　　4.3傳熱面積</b></p><p>　　由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設定設Ki‘=250 W·m-2·℃-1。根據(jù)《化工單元過程及設備課程設計》P44，公式3-8，則估算的傳熱面積為</p><p><b>　　m2</b></p><p><b

89、>　　五．工程結構尺寸</b></p><p>　　5.1管徑和管內流速</p><p>　　選用φ25×2.5mm的傳熱管(碳鋼管)；由《傳熱傳質過程設備設計》P7表1－3得管殼式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設空氣流速ui＝1m/s，用u i計算傳熱膜系數(shù)，然后進行校核。</p><p>　　5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p>

90、;<p>　　依《化工單元過程及設備課程設計》P46，公式3-9可依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　　(根)</b></p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p><b>　　m</b></p><p>　　按單管程設計，傳熱管過長

91、，宜采用多管程結構?，F(xiàn)取傳熱管長 l= 7 m ，則該換熱器管程數(shù)為</p><p>　　Np=L / l=22.5/7≈4（管程）</p><p>　　傳熱管總根數(shù) N = 42×4= 168 （根）。</p><p>　　5.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　依《化工單元過程及設備課程設計》P46，公式3-

92、13a和3-13b，</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　R＝＝1.2</b></p><p>　　P＝＝0.381 </p><p>　　依《傳熱傳質過程設備設計》P16，公式3-13，</p><p><b>　　溫度校正系數(shù)為</b&g

93、t;</p><p><b>　　≈0.92</b></p><p>　　依《傳熱傳質過程設備設計》P16，公式3-14，</p><p><b>　　平均傳熱差校正為</b></p><p>　　△tm=×△tm’ =61×0.92=56.12( ℃ )</p>

94、<p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適?！?lt;/p><p>　　5.4 傳熱管的排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法，即每程內均按旋轉45°正四邊形排列，其優(yōu)點為管板強度高，流體走短路的機會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內可排列更多的管子。查《化工單元過程及設備課程設計》P50，表3-

95、7 管間距，取管間距：</p><p>　　t ＝1.25d=1.25x25=32 mm 。</p><p>　　由《化工單元過程及設備課程設計》P50，公式3-16，</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離</p><p>　　S=t/2+6=32/2+6=22 mm</p><p>　　取各程相鄰管的

96、管心距為44mm。</p><p><b>　　5.5 殼體內徑</b></p><p>　　采用多管程結構，取管板利用率η=0.7，由《化工單元過程及設備課程設計》P51，公式3-20，得殼體內徑為</p><p>　　Di =1.05t=1.05×32×=520 mm , </p><p>　　圓

97、整后取Di =600mm。</p><p><b>　　5.6折流板</b></p><p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25×600=150 mm ，故可取h=150 mm。</p><p>　　取折流板間距B=0.3Di，則B=0.3×600=180 mm。<

98、;/p><p>　　折流板數(shù) NB=－1=－1≈38 塊</p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>　　5.7其他附件</b></p><p>　　直徑為12mm的拉桿4根。</p><p><b>　　5.8接管</b></p><

99、p>　?。?）殼程流體進出口接管</p><p>　　取接管內液體流速u1=0.5m/s,</p><p><b>　　=0.195(m)</b></p><p>　　圓整后取管內直徑為200mm.</p><p>　　(2) 管程流體進出口接管</p><p>　　取接管內液體流速u2=1

100、m/s,</p><p>　　圓整后取管內直徑為150mm</p><p><b>　　六．換熱器核算</b></p><p><b>　　6.1熱量核算</b></p><p>　　6.1.1殼程表面流傳熱系數(shù) </p><p>　　對于圓缺形折流板，可采用克恩公式。

101、由《化工單元過程及設備課程設計》P53，公式3-22，得</p><p><b>　　ho = </b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　粘度校正為=1.05</p><p>　?、诋斄恐睆?，管子為四邊形角形排列時，依《化工單元過程及設備課程設計》P53，公式3-2

102、3a得</p><p>　　de＝＝0.027 m</p><p>　?、蹥こ塘魍ń孛娣e，由《化工單元過程及設備課程設計》P54，公式3-25，得</p><p>　　So = BD(1－)=0.18×0.6×（1－）＝0.023625 m2</p><p>　?、軞こ汤鋮s水的流速及其雷諾數(shù)分別為</p>&

103、lt;p>　　uo＝ =＝0.635 m/s</p><p>　　Reo＝＝＝1556</p><p>　?、萜绽侍販蕯?shù)（<傳熱傳質過程設備設計>P26，公式1-43）</p><p>　　Pr＝ ==114.29</p><p>　　因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為</p><p><b>

104、　　ho = </b></p><p>　　=668 W/(m2·℃)</p><p>　　6.1.2管程表面流傳熱系數(shù)</p><p>　　由《化工單元過程及設備課程設計》P55，公式3-22，3-33,得</p><p>　　hi = 0.023Re0.8Pr0.3</p><p><

105、b>　　其中：</b></p><p><b>　?、俟艹塘魍ń孛娣e</b></p><p>　　Si ===0.02637 m2</p><p>　　②管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p>　　ui＝ =＝0.5 m/s</p><p>　　Re＝＝＝11172>

106、;10000</p><p><b>　?、燮仗m特準數(shù)</b></p><p>　　Pr＝ ==11.93</p><p>　　因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為</p><p>　　hi=0.023×111720.8×11.930.3×=557.3W/(m2·℃)</p>

107、;<p>　　6.1.3污垢熱阻和管壁熱阻</p><p>　　冷卻水側的熱阻Rso＝0.0002m2·℃·W-1</p><p>　　熱空氣側的熱阻Rsi＝0.0002m2·℃·W-1</p><p>　　碳鋼的導熱系數(shù)λ＝50W·m-1·℃-1</p><p>　　

108、6.1.4總傳熱系數(shù)Ki</p><p>　　因此，依《化工單元過程及設備課程設計》P53，公式3-21 </p><p>　?。剑玆so＋＋＋ </p><p>　?。剑?.0002＋＋</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　解得：＝236 W/ (m2·℃)&

109、lt;/p><p>　　6.1.5 傳熱面積裕度</p><p>　　依《化工單元過程及設備課程設計》P56，公式3-35：Qi＝Si△tm得：</p><p>　　Si＝Qi/(△tm)＝＝78.49 m2</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積Sp</p><p>　　Sp==3.14×0.05×

110、;7×168=92.316 m2</p><p>　　依《化工單元過程及設備課程設計》P56，公式3-36</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p><b>　　==17.6%</b></p><p><b>　　6.2 壁溫核算</b></p><p&

111、gt;　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按《化工單元過程及設備課程設計》P77，公式3-42計算。由于傳熱管內側污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應按最不利的操作條件考慮。因此，取兩側污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是按式3-42有</p><p>　　式中，冷流體的平均溫度tm和熱流體的平均溫度Tm分別按《化工

112、單元過程及設備課程設計》P77，公式3-44、3-45計算</p><p>　　Tm=0.4×175+0.6×125=146℃</p><p>　　tm=0.4×110+0.6×70=86℃</p><p>　　hc = ho = 668 W/ (m2·℃)</p><p>　　hh = h

113、i = 557W/ (m2·℃)</p><p><b>　　傳熱管平均壁溫</b></p><p><b>　　=113.6℃</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90 ℃</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為</p><

114、;p>　　△t=113.6－90 =23.6 ℃</p><p>　　該溫差不大，不需要建立溫度補償裝置。</p><p>　　6.3換熱器內流體的流動阻力(壓降)</p><p>　　6.3.1管程流動阻力</p><p>　　由，傳熱管相對粗超度為0.01，查莫狄圖得，流速u=0.05m/s,</p><p>

115、;<b>　　(pa)</b></p><p><b>　　(pa)</b></p><p>　　總壓降：∑△pi＝（△p1+△p2）Ft Ns Np＝（1188.68+268.125）×1.5×1×4</p><p>　?。?740Pa < 9800 Pa（符合設計要求）</p&

116、gt;<p>　　其中， Ft為結垢校正系數(shù)，取1.5；</p><p>　　Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1；Np為管程數(shù)，取4。</p><p>　　6.3.2殼程流動阻力：</p><p>　　由《化工單元過程及設備課程設計》P58，公式3-51,3-52，得：</p><p>　　流體橫過管束的壓降：</p><

117、;p><b>　　其中：F=0.4</b></p><p>　　fo=5.0×1556-0.228=0.9358</p><p><b>　　NB=38</b></p><p>　　uo=0.635 m/s</p><p>　　△’pO=0.4×0.9358×15

118、.42×(38+1)×(815×0.6352)/2 ＝36989 Pa</p><p>　　△’pI＝NB（3.5－）</p><p>　　＝38×（3.5－）×(815×0.6352)/2＝18107Pa</p><p>　　總壓降：∑△po＝（△’p1＋△’p2）Fs Ns</p><

119、;p>　?。剑?6989+18107）×1.15×1</p><p>　　＝63360.4Pa</p><p>　　其中，F(xiàn)s為殼程壓強降的校正系數(shù)，對于液體取1.15；</p><p>　　Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。</p><p>　　七.換熱器主要結構尺寸和計算結果表</p><p>&

120、lt;b>　　八、設備參數(shù)計算</b></p><p>　　1.殼體壁厚 </p><p>　　由Po＝1.6 MPa， Di＝600mm，對殼體與管板采用單面焊，焊接接頭系數(shù)＝0.9,腐蝕裕度C=1mm， []t=112MPa </p><p>　　+C＝+1=5.8mm</p><p><

121、b>　　圓整后取8mm </b></p><p><b>　　2. 接管法蘭</b></p><p><b>　　3.設備法蘭 </b></p><p><b>　　4.封頭管箱</b></p><p>　　封頭：以外徑為公稱直徑的橢圓形封頭</p>

122、;<p>　　5.設備法蘭墊片（橡膠石棉板）</p><p><b>　　6.管法蘭用墊片</b></p><p><b>　　7. 管板</b></p><p>　　管板厚度35mm，長度300mm，材料為16MnR。</p><p>　　8. 支墊（鞍式支座）</p>

123、<p><b>　　設備參數(shù)總表</b></p><p><b>　　九、設計總結</b></p><p>　　兩周的化工原理課程設計即將結束，我們小組設計的是柴油原油換熱器，雖然時間不長，但我們卻從中學到了很多知識。加深和鞏固了上學期所學的化工原理這</p><p>　　雖然剛開始會感到無從下手，很多所學的知

124、識也有些生疏。但通過佟白老師的細心講解，我們大家共同合作，一起討論研究，通過一周的翻閱資料,查找公式,設計計算,使我對換熱器有了進一步的了解,對傳熱的具體過程有了深刻的認識.尤其是從最初的無從下手到現(xiàn)在的可根據(jù)傳熱的不同而選擇不同的換熱器.另外,我對于換熱器的用途也有了更多的認識.。最后我們順利的完成了整個設計。</p><p>　　在佟白老師的細心講解和指導下獨立完成了本次課程設計，通過這次的鍛煉,為我今后的學

125、習工作做了良好的開端.這次的課程設計對我今后的生活產(chǎn)生巨大的影響也會終生難忘的. 通過這初次的課程設計使我們深刻的了解了化工原理這門課的主要內容以及對將來工作的深遠影響。</p><p>　　在此，感謝學院為我們提供了一個鍛煉自我，學習與歷練的機會，感謝佟白老師耐心，認真的輔導，使我們的設計得以順利完成。</p><p><b>　　主要符號說明</b></p&

126、gt;<p><b>　　十一、參考文獻</b></p><p>　　【1】申迎華，郝曉剛.《化工原理課程設計》.北京，化學工業(yè)出版社，2009</p><p>　　【2】姚玉英等.《化工原理（上）》.天津，天津大學出版社，2005</p><p>　　【3】任曉光.《化工原理課程設計指導》.北京，化學工業(yè)出版社，2009<

127、/p><p>　　【4】賈紹義.柴誠敬.《化工原理課程設計》.天津，天津大學出版社，2002</p><p>　　【5】袁文.劉巖.《化工制圖》.哈爾濱，哈爾濱工程大學出版社，2010</p><p>　　【6】鐘理, 伍欽，馬四朋. 《化工原理（上）》. 北京，化學工業(yè)出版社，2008.8.</p><p>　　【7】《材料與零部件（上）》.

128、上?？茖W技術出版社. 1982.7.</p><p>　　【8】錢頌文. 《換熱器設計手冊》，北京，化學工業(yè)出版社，2002.8</p><p>　　【9】匡國柱. 《化工單元過程及設備課程設計》. 北京，化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【10】陳錦昌. 《計算機工程制圖》. 廣州，華南理工大學出版社，2006.8.</p><p&