柴油冷却器设计说明书资料

长沙学院课程设计说明书题目柴油冷却器设计系（部)生物工程与环境科学系专业（班级）11级生物营养1班姓名欧阳东晓学号2011032136指导教师罗卓起止日期2013.5.20——2013.5.31系主任—张建社指导教师罗卓学生—欧阳东晓编号：1.03一、 设计题目名称：年处理85000吨柴油油冷却器的设计二、 设计条件：柴油：入口温度：145°C，出口温度：45°C；冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度20C，出口温度36C）允许压强降，不超过105Pa；每年按330天计；每天24h连续运转。处理能力85000吨/年；设备型式：列管式换热器。柴油定性温度下的物性数据见表1.1:表1.1柴油定性温度下的物性数据物料比热kJ/kg.C密度kg/m3导热系数W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、 设计内容热量衡算及初步估算换热面积；冷却器的选型及流动空间的选择；冷却器的校核计算；结构及附件设计计算；绘制带控制点的工艺流程图（A2）及冷却器的工艺条件图（A2）；编写设计说明书。四、 厂址:长沙地区（大气压为10.28m水柱）五、 设计任务完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有关附属设备的进行设计和选用，绘制换热器系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写设计说明书。六、设计时间安排二周：2013.5.20——2013.5.31长沙学院课程设计鉴定表姓名欧阳东晓学号2011032136专业生物工程班级1班设计题目年处理85000吨柴油冷却器指导教师罗卓指导教师意见:评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见:评定等级：—答辩小组长签名：— 日期：—教研室意见:教研室主任签名：— 日期：—系（部）意见：系主任签名： 日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章固定管板式柴油冷却器的设计 1\o"CurrentDocument"1.1设计任务 1\o"CurrentDocument"1.2设计条件 1\o"CurrentDocument"1.3设计要求 1\o"CurrentDocument"第2章固定管板式柴油冷却器的设计一工艺计算书 1\o"CurrentDocument"2.1确定设计方案 22.1.1选定换热器类型 22.1.2选定流体流动空间及流速 2\o"CurrentDocument"2.2确定物性数据 2\o"CurrentDocument"2.3计算总传热系数 22.3.1每小时处理柴油的能力 2\o"CurrentDocument"2.3.2热流量 22.3.3冷却水用量 32.3.4计算平均传热温差 3\o"CurrentDocument"2.3.5总传热系数K 3\o"CurrentDocument"2.4.计算传热面积 4\o"CurrentDocument"2.5工艺结构尺寸 42.5.1管径和管内流速 42.5.2管程数和传热管数 42.5.3平均传热温差校正及壳程数 52.5.4传热管排列和分程方法 52.5.5壳体内径 5\o"CurrentDocument"2.5.6折流板 5\o"CurrentDocument"2.5.7接管 5\o"CurrentDocument"2.6换热器核算 62.6.1热量核算 6\o"CurrentDocument"2.6.2换热器内流体的流动阻力 7\o"CurrentDocument"2.7附属设备 82.7.1封头的设计 8\o"CurrentDocument"2.7.2法兰的设计 9\o"CurrentDocument"第3章换热器主要结构尺寸和计算结果 11\o"CurrentDocument"3.1主要结构尺寸 11\o"CurrentDocument"3.2符号说明 12第4章辅助设备计算结果 134.1油泵的设计 TOC\o"1-5"\h\z结论 14\o"CurrentDocument"致谢 15参考文献 16第1章固定管板式柴油冷却器的设计1.1设计任务处理能力：柴油85000吨/年设备形式：固定列管式换热器1.2设计条件柴油：入口温度：145°C，出口温度：45°C；冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度20C，出口温度36C）允许压强降，不超过105Pa；每年按330天计；每天24h连续运转。5.处理能力85000吨/年；设备型式：列管式换热器。柴油定性温度下的物性数据见表1.1:表1.柴油定性温度下的物性数据物料比热kJ/kg.C密度kg/m3导热系数W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.0006401.3设计要求完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有关附属设备的进行设计和选用，绘制换热器系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写设计说明书。第2章固定管板式柴油冷却器的设计一工艺计算书

2.1确定设计方案两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。2.1.1选定换热器类型两流体温度变化情况：热流体进口温度145°C,出口温度45°C；冷流体(循环水)进口温度20C，出口温度36C。该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用固定管板式换热器。2.1.2选定流体流动空间及流速由于循环水易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用①25X2.5mm的碳钢管⑴，管内流速取ui=0.5m/s。2.2确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程油的定性温度为T=(145+45)/2=95(C)管程流体的定性温度为t=(20+36)/2=28(C)根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据见表2.1：表2.1定性温度下壳程和管程流体的有关物性数据物料比热kJ/kg.C密度kg/m3导热系数W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640资料来源《化工原理手册》2.3计算总传热系数2.3.1每小时处理柴油的能力85000q85000q= mo330x24=10732kg/h2.3.2热流量Q=qmoCMto=10732X2.56X103X(145-45)=2.7474X109J/h2.3.3冷却水用量39933kg/h)39933kg/h)4.3x103x(36—20)2.3.4计算平均传热温差A"_A,AA"_A,At (145-36)-(45-20) 84m ln^—iAt2i145-36ln 45-20=57C1.47（以逆流计算）2.3.5总传热系数K2.3.5.1管程传热系数⑵0.02x1.0x994[ls，故采用下式计算a =，故采用下式计算a6.4x10-4入气=0.023『1八八小0.626 入气=0.023『1八八小0.626 (0.02x0.5x994)=0.023x x0.020、c)=2930W/济20.40.8(4.3x103x6.4x10-4)0.4I6.4x10-4 )0.6262.3.5.2壳程传热系数⑵假设壳程给热系数ao=300W/(m2.°C)2.3.5.3污垢热阻⑵R.=0.000344m2.°C/WR=0.000172m2.°C/W2.3.5.4.管壁的导热系数⑵碳钢的导热系数X=45W/(m・°C)。2.3.5.5.总传热系数d,d,R o——+Rad.sid―o+ o-d Xdi]bd ]+RsWo]0.0.020°.°25 +0.000344x°.00252930x0.02+0.0025x0.025顼.000]72―45x0.0225 300=250w/2.4.计算传热面积QKTm=53.5QKTm=53.5武250x57.5x3600考虑15%的面积裕度，S'=1.15S'=1.15x53.5=61.5(m2)2.5工艺结构尺寸2.5.1管径和管内流速选用中25x2.5mm的碳钢换热管［1］，管内流速七=0.5m/s2.5.2管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数V39933/(994x3600)ns=K=0.785x0.022x0.5”72(根)4d2u.按单管程计算所需换热管的长度L=—= 61.53 =10.89(m)ns兀do72x3.14x0.025按单管程设计，传热管过长，现取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为十L=誓"观传热管的总根数N=72x2=144（根）2.5.3平均传热温差校正及壳程数⑵P=二二L=0.128T1—11 145-20按单壳程双管程结构，查单壳程(p—P—R图[1]，得4=0.81>0.8。于是At=0.81x39=46.21C。2.5.4传热管排列和分程方法采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距。=1.25气,则a=1.25x25=32mm横过管束中心线的管数气=1.19jN=1.19j远=15(根)2.5.5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径[3]D=1.05a(N/门=1.05x32x,144/0.7=4819(mm)圆整取d=500mm2.5.6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=0.25x500=125(mm)，取h=125mm。取折流板间距为B=0.3D，则B=0.3x500=150(mm)，取B=150mmN=传热管长 —1=3720.24—1=块)折流板数b-折流板间距 —110 -(六)折流板圆缺水平面装配⑶2.5.7接管壳程流体(原油)进出口接管：取接管内原油流速为1.0m/s，则接管内径x '4V ：4x10732/(860x3600)d=、：——=,， =0.066(m)一、兀U 3.14x1.0取标准管径为075.5mmx3.75mm[1]管程流体(水)进出口接管，取接管内水的流速为1.5m/s，则接管内径4V ,'4x39933 /(3600x994)八…,——=、， =0.145(m丸u 3.14x1.5

取标准管径为 0165mmx4.50mm[1]2.6换热器核算2.6.1热量核算(1)壳程对流传热系数对于圆缺形折流板，可采用凯恩公式⑵…0.36；rdupF…0.36；rdupF5f~^r°eI^当量直径由正三角形排列得弓*2-[d

-o壳程流通截面积、1/3,0.14x0.0322Mx0.0252、"2 43.14x0.025乙=0.020(m)So=BD(d、=0.15x0.5xfi0.025、1-了V L71V0.0327=0.0164(m2)壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为ReoPro10732/(3600X860)=0.220(m/s)0.01640.020x0.220xReoPro10732/(3600X860)=0.220(m/s)0.01640.020x0.220x860el =42758.85x10-42056x103x8.85x10-4 =16.180.14黏度校正⑵(E)0.14归1旦w圆缺型挡板时，a=0.36xo0.140x47250.55x16.18：x1=625.65W/(m2•°C)0.020(2)管程对流传热系数⑵a=0.023土RewPrwidi管程流通截面积0.785x0.0201440.0226(m2)管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为39933/(994x3600)0.0226=0.494(m/s)Rei°.02°X0.494X994=15344876.4x10-4Pri4.3x103x6.4x10-4 /“ =4.400.626yiic、0.8，「ii、0.4a=0.023土一A liidI^IIXIi'i7vi7=0.023x0.626x153450.8x4.400.40.020=2905W/(m2•°C)(3)传热系数K+Rsi^+i1bd,R■ +RXd so0.025 +0.000344x冬+°.0025x°.025+0.000172+上45x0.0225 6262905x0.020=374.5W/(m2.°C)0.020(4)传热面积2.7474x109S=QKAtm该换热器的实际换热面积37405x3600x46.2=38.82(m2)=KdIN=3.14x0.025xo该换热器的面积裕度为-0.06)X(44-15)=60.15(m2)Sp-Sx100%S44.1100%就36.16%换热面积裕度合适，能够满足设计要求。2.6.2换热器内流体的流动阻力(1)管程流动阻力£AP=(AP+AP)FNNi 1

(Ft结垢校正系数，％管程数，Ns壳程数)取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，则1=0.005，d而Re=15344，查图得X.=0.037Lpu2 i-d_ 2pU2

x——i20.037994x 6x 0.02x0.52994x0.52372.75Pa1309.8Pa对@5x2.5mm的管子有F=1.4,且管程=2,壳程N=1ZAP.="+AP2»NN=(309.8+372.7)x1.4x2=4711Pav105Pa管程阻力在允许的范围之内。(2)对壳程有折流挡板时，计算壳程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法计算结果与实际数据的一致性较好，但计算比较麻烦，而且对换热器的结构尺寸要求较详细。工程计算中常采用Esso法，该法的计算公式［4］如下：兰AP=\AP;+AP2*N(Fs为结垢校正系数，对液体Fs=1.15,Ns为壳程数)流体流经管束的阻力［4］AP'、=Ffn(N+1)既1ocB2F为管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列F=0.5,正方形直列E=0.3，正方形错列时，F=0.5。f为壳程流体的摩擦系数，当Re>500时，f=5.0Re-0.228=5.0x(4275)-0.228=0.743i为横过管束中心线的管数，n「=15。 0 0折流板数NB=39AP'1=0.5x0.743x15x(39+1)x860[0.222=4639Pa流体流经折流板缺口的阻力 折流板间距AP'=N2 B流体流经折流板缺口的阻力 折流板间距AP'=N2 Bf3.5-史IID)B=150mm,D=500mm2x0.151pU2

o-239+2354)x1.15x1=6994Pav105Pa=39x3.5I0.5 )860x0.222x =2354PaZApo该换热器的管程与壳程压降均满足要求，故所设计的换热器合适。2.7附属设备2.7.1封头的设计选用标准［5］:选取椭圆形封头(JB1153-73)具体尺寸见图2.1及表2.2

图2.1椭圆形封头的结构示意图表2.2封头Dg4004,JB1154-73公称直Dg g—曲面高h1直边高度h2厚度（5(mm)(mm)(mm)(mm)5001252542.7.2法兰的设计容器法兰的选择：选用标准：JB4700〜4707-2000压力容器甲型平焊法兰。具体尺寸见图2.2。

图2.2PN=0.25MPa甲型平焊法兰管法兰的选择选用标准⑸:HG20593-97板式平焊钢制管法兰（欧洲体系）。具体尺寸见图2.3。图2.3PN=0.25MPa板式平焊钢制法兰（PL）

第3章换热器主要结构尺寸和计算结果3.1主要结构尺寸换热器主要结构尺寸和计算结果见表3.1表3.1换热器主要结构尺寸和计算结果法兰内螺栓孔直径L/mm法兰外径D/mm法兰厚度C/mm管子直径A/mm1径B/mm螺栓孔中心圆公称直径直径K/mmDN/mm壳程进出口75.588.9110501414016管程进出口165170.52251501826520

换热器型式：带热补偿非标准的固定管板式管子规格925x2.5mm管数144根管长6m换热面积：60m2间距mm32排列方式正三角形工艺参数折流板型式上下间距150mm切口25%设备名称管程壳程壳体内径500mm保温层厚度无需保温物料名称循环水柴油接管表操作压力MPa0.40.3序号尺寸用途连接型式操作温度°C20/36145/451Dn100循环水入口平面流量kg/h39933107322Dn100循环水入口平面密度kg/m39948603Dn50柴油入口平面流速m/s0.50.2204Dn50柴油入口平面传热量kW2.74747x106附工艺条件图（略）总传热系数W/m2-K374.5对流传热系数W/m2-K2905625污垢热阻，m2*K/W0.0003440.000172阻力降MPa0.0047110.004639程数21推荐使用材料碳钢碳钢3.2符号说明英文字母B—折流板间距,m；d—管径,m；D—换热器外壳内径,m；F—摩擦系数；h—圆缺高度，m；K—总传热系数，W/（m2・oC）；L—管长，m；N—管程;N—折流板数；BP—压力，Pa；Pr—普兰特准数；R—热阻，m2.°C/WRe一雷诺准数；S—传热面积，m2；T—热流体温度，oC；t—冷流体温度，oC；u—流速，m/S；W一质量流量，Kg/S；希腊字母a一对流传热系数；W/（m2・oC）；△一有限差值；—导热系数，W/（m2・oC）；p—粘度，Pa-s；p—密度，Kg/m3；下标c—冷流体；h—热流体；i—管内；m一平均；o—管外；s—污垢；Ft一结垢校正系数，对于425x2.5mm的管子，取1.4Np---管程数Ns一壳程数课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，换热器已经成为当今工农业生产中不可或缺的设备，在生活中可以说得是无处不在。因此作为油气储运专业的大学来说掌握换热器的开发技术是十分重