原油预热器设计

1、XXXXXXX 学院课程设 计课课 程程 名名 称称： ：化工原理化工原理课课程程设设计计题题目目： ：石油石油预热预热器器设计设计专专 业业： ：化学工化学工艺艺学学 生生 姓姓 名名： ：xxxx班班 级级： ：xxxxxxxx学号：学号：xxxxxxxx指指导导教教师师姓姓名名： ：xxxx设设计计完完成成时时间间： ：2014 年年 12 月月 12 日日本科生课程设计第I页化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书一、设计题目：一、设计题目：石油预热器设计二、设计条件：二、设计条件：1、处理能力：馏分46000 kg/h；石油 56000 kg/h；2、设备型式：标准列管换热器；3

2、、操作条件：1) 原料油：入口温度 70，出口温度 110；馏分：入口温度175；2) 允许压强降：管、壳程压强降小于 30kPa；4、物性参数：物性参数表物性参数表流体t，kg/m3，mPas石油平均温度8156.65馏分平均温度7150.64流体Cp，kJ/（kg） ，W/（m）r，kJ/kg石油2.20.128馏分2.480.133三、设计计算内容：三、设计计算内容：1、传热面积、换热管根数；2、确定管束的排列方式、程数、折流板的规格和数量等；3、壳体的内径；4、冷、热流体进、出口管径；5、核算总传热系数；6、管壳程流体阻力校核。本科生课程设计第II页四、设计成果：四、设计成果： 设计说

3、明书一份。五、设计时间五、设计时间一周。六、参考文献六、参考文献1 申迎华，郭晓刚化工原理课程设计 北京：化学工业出版社，2009：2 柴城敬化工原理课程设计指导 天津：天津大学出版社，1999：3 林大钧，于传浩，杨静化工制图 北京：高等教育出版社，2007：4 中国石化集团化工工艺设计手册 北京：化学工业出版社，2009：七、设计人：七、设计人：学号：xxxxxxxxxxx 姓名： xxxxx八、设计进程：八、设计进程：指导教师布置实践题目 0.5 天设计方案确定 0.5 天工艺计算 2.0 天绘图 0.5 天编写实践说明书 1.0 天答辩 0.5 天化学工程教研室2014 年 12 月

4、10 日本科生课程设计第1页目录目录化工原理课程设计任务书.I1 概述.22 估算传热面积.32.1 热流量.32.2 平均传热温差.32.3 传热面积.33 选定换热器的型号.43.1 换热器初步确定.43.2 确定管数和管长.43.3 折流板.53.4 其他附件.53.5 接管.53.5.1 壳程流体进出口接管.53.5.2 管程流体进出口接管.53.6 数据核算.54 阻力损失的计算.74.1 管程.74.2 壳程.75 传热计算.95.1 管程给热系数.95.2 壳程给热系数.95.3 传热系数.95.4 所需传热面积.9oA5.5 换热器裕度.9设计结果汇总.10设计评述.11本科生

5、课程设计第2页1 概述完善的换热器在设计或选型时应满足以下条件：1 合理地实现所规定的工艺条件2 安全可靠3 有利安装、操作与维修4 经济合理设计或选型时，如果几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为 “浮头” ，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。 其缺点是结构复杂，造价高

6、（比固定管板高 20%） ，在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。本设计就是本科生课程设计第3页2 估算传热面积估算传热面积2.1 热流量W10369. 1)70110(2 . 256000)(61222ttcmQps2.2 平均传热温差C132)()(112211121221pspspscmQTTttcmTTcmQC63.52)70132()110175(2)()(t1221mtTtT逆查表得0.92C5892. 05 .63ttmm逆2.3 传热面积由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。有机溶剂和轻油间进行换热时的 K 大

7、致为12m W400120K初步设定设则估算的传热面积12im W250KK m 0 .939 .5825010369. 1t26miiKQA估本科生课程设计第4页3 选定换热器的型号选定换热器的型号3.1 换热器初步确定由于两流体之间温差较大同时为了便于清洗壳程污垢，对于油品换热器，以采用浮头式列管换热器为宜。柴油温度高，走管程可减少热损失，原油黏度较大，走壳程在较低的 Re 数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。采用折流挡板，可使作为被冷却的原油易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。3.2 确定管数和管长在决定管数和管长时，首先要确定管内的流速 ui。柴油黏度小于 1 m

8、Pas为低黏油，查表得管内流速范围为 0.81.8ms-1。因管长可能较大（管程数较多） ，取 ui=1 ms-1。设所需单程管数为 n， 的管内径为mmmm5 . 2250.02m，根据管内体积流量解得 57102. 04/)3600715/(46000422iiiudVn按单程管计算，所需的传热管长度为m7 .2057025. 014. 30 .93ndAlo若选用 4.5m 长的管，6 管程，则一台换热器的总管数为根。查342657附录十九得相近浮头式换热器的主要参数见表 2-1表表 3-13-1 初选浮头式换热器的主要参数初选浮头式换热器的主要参数项目数据项目数据壳径 D(DN)管程数

9、pN管数n中心排管数cn管程流通面积iS900mm6426160.0223管尺寸管长 l管排列方式管心距传热面积mmmm5.2254.5正方形斜转 45t=32mm145本科生课程设计第5页3.3 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆缺高度为 H=0.25900=225 mm ，故可取 h=150 mm。折流板间距一般在在 0.21D 之间。取折流板间距 h300mm，则：折流板板数 块 14=13004500 =1hlNB折流板圆缺面水平装配。3.4 其他附件直径为 12mm 的拉杆 6 根。3.5 接管3.5.1 壳程流体进出口接管取接壳内液体流速0.

10、5m/su20.221m5 . 014. 3)8153600/(560004411uvD圆整后取管mm11mm6 .2713.5.2 管程流体进出口接管 取接管内液体流速1m/su2muvD151.0114.3)7153600/(460004422圆整后取管内直径为mmmm1 .106 .2203.6 数据核算每程的管数，716/426/1pNnn管程流通面积220.02231m71)02. 0)(4/(iS与查得的 0.0233很好符合。2m本科生课程设计第6页传热面积比查得的 1452150.56m426025. 05 . 4ndlAo稍大，这是由于管长的一部分需用于在管板上固定管子。应以

11、查得的 A=1452m为准。2m中心排管数，查得=16 似乎太小，暂按下式计算cncn2442619. 1cn3.7 管子在管板上的排列=900mm44mm32mm图图 3.1 管子在管板上的排列管子在管板上的排列本科生课程设计第7页4 阻力损失的计算阻力损失的计算4.1 管程流速 1s801. 00223. 03600/3 .643600/mSvuiii雷诺数 17896.21064. 0715801. 0020. 0e3iiiii duR摩擦系数 取钢管绝对粗糙度 mm1 . 0相对粗糙度 005. 020/1 . 0d/i根据查表得。17896.2eiR0.0385i管内阻力损失 Pa

12、1986.7)2715 0.801(0.024.50.0385)2(p22iiiiiudi弯管阻力损失 Pa 688.0)2715 0.801(3)2(3p22iiru管程总损失 22467Pa1.411.4) 688.0 1986.7()pp(ppNsNtFirt4.2 壳程取折流挡板间距 0.3m计算截面积 20.09m)025. 0245 . 4(3 . 0)(ocodnDhS计算流速 1s 0.212109. 08153600/56000muo当量直径 0.0272025. 0025. 0032. 04422eooddtd雷诺数 705.71065. 68152121. 0 0.027

13、2e3oeoooduR本科生课程设计第8页摩擦系数 1.1208705.70 . 5Re0 . 50.228228. 0of折流挡板数 1413.05.41hlNB管束损失 Pa 3154.8)2815 0.2121(241.12084 . 0)2)(1(p221ooBcouNnFf缺口损失Pa07272815212109030253142253222 .) .().-.()u)(Dh.(NpooB壳程损失 Pa 4464.011.15) 727.0 3154.8()pp(p21sssNF核算下来，管程及壳程的阻力损失都不超过 30，适用。kPa本科生课程设计第9页5 传热计算传热计算5.1

14、管程给热系数93.11Priiipiuc 122.293.11 17896.2023. 03 . 00.8iNu12-m W812.4)020. 0133. 0(2 .122)(KdNuiiii5.2 壳程给热系数 114.3Prooopouc现原油被加热,大于 1,可取 1.05.)/(W 64.91.05114.3705.736. 0)/(PrRe36. 00.141/30.5514. 03/155. 0WooNu12-Km W332.1)025.0128.0(9.64o5.3 传热系数0.0054 332.1100058.0020.0025.000018.00.0200.025 812.

15、411)()(11ooioiioiorddrddK1-2Km186.8WoK5.4 所需传热面积oA26m 124.59.288.18610369.1mootKQA5.5 换热器裕度%91.16%100124.5124.5-145.5%100AAAo与换热器列出的面积 A=145.5,有 16.91%的裕度,从阻力损失和传热核算看,所选的换热器适用.本科生课程设计第10页设计结果汇总设计结果汇总名称管程壳程换热器型式浮头式列管换热器使用材料碳钢碳钢管子规格mmmm5 . 225管数 根426管长 mm4500管间距 mm32中心排管数 nc25管子排列方式正方形斜转 45折流挡板型式弓形折流挡板间距 mm300折流挡板切口高度25%壳体内径 mm900程数61流通面积 m20.02230.1传热面积 m2145.5物料名称馏分石油操作温度 （进/出）175/13270/110流量 kg/h4600056000流速 m/s0.8010.212热负荷 kw1369流体流动形式逆流对流传热系数 w/m2k812.4 332.1 总传热系数 w/m2k186.8裕度16.91 %压力降 Pa22467 4464.0 本科生课程设计第11页设计评述设计评述设备使用常规的换热管，采用