煤油换热器设计说明书

1、目目 录录 第第 1 1 章章 设计任务书设计任务书.1 1 1.1 设计条件.1 1.2 设计要求 .1 第第 2 2 章章 确定设计方案确定设计方案 .1 1 2.1 选择换热器的类型 .1 2.2 流程安排 .1 第第 3 3 章章 主要物性参数主要物性参数 .2 2 3.1 设计条件.2 3.2 确定主要物性数据 .2 3.2.1 定性温度的确定.2 3.2.2 流体有关物性数据.2 第第 4 4 章章 估算传热面积估算传热面积 .3 3 4.1 热流量 .3 4.2 冷却水流量 .3 4.3 平均传热温差 .4 4.4 估算传热面积 .5 第第 5 5 章章 工程结构尺寸工程结构尺寸

2、 .5 5 5.1 计算壳体厚度.5 5.2 封头的选择 .6 5.3 垫圈的选择 .6 5.4 接管 .7 5.4.1壳程流体进出口接管.7 5.4.2 管程流体进出口接管.7 5.5 法兰 .7 5.5.1 壳体法兰.7 5.5.2 管法兰.8 5.6 支座的选用 .8 第第 6 6 章章 换热器核算换热器核算 .9 9 6.1 核算压强降 .9 6.1.1管程压强降.9 6.1.2壳程压强降.9 6.2 传热能力核算 .10 6.2.1 管程传热膜系数.10 6.2.2 壳程流体传热膜系数.11 6.2.3 污垢热阻.12 6.2.4 总传热系数.12 6.2.5 安全系数.12 第第

3、7 7 章章 换热器主要结构尺寸和计算结果表换热器主要结构尺寸和计算结果表 .1313 参考文献参考文献 .1414 致谢致谢 .1414 第第 1 章章 设计任务书设计任务书 1.1 设计条件设计条件 1、设备处理量 16000kg/h 2、煤油：入口温度 140C，出口温度 50C 3、冷却水：入口温度 30C，出口温度 40C 4、热损失可忽略。 两则污垢热阻分别为 WCmRs/0017 . 0 2 0 WCmRsi/0034 . 0 2 5、壳程压降不大于 30KPa 6、初设 K=290w/(m 2 c) 1.2 设计要求设计要求 1.设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。 2.

4、根据所选换热器画出设备装配图。 第第 2 章章 确定设计方案确定设计方案 2.1 选择换热器的类型选择换热器的类型 由于温差较大和要便于清洗壳程污垢，对于油品换热器，初步确定选用浮头式换 热器。 采用折流挡板，可使作为被冷却的煤油易形成湍流，可以提高对流表面传热系数， 提高传热效率。 2.2 流程安排流程安排 煤油黏度较大，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， 煤油可利用外壳向外散热，增强冷却效果。 第第 3 章章 主要物性参数主要物性参数 3.1 设计条件设计条件 由设计任务书可得设计条件如下表： 类型 体积流量 （标准 kg/h） 进口温度 （） 出口温度 （）

5、 煤 油（壳程） 16000140 50 冷却水（管 程） -3040 注：要求设计的换热器在常压下操作。 3.2 确定主要物性数据确定主要物性数据 3.2.1 定性温度的确定定性温度的确定 煤油的进出口温度分别为 140C、50C；水的进出口温度 30C、40C。可取流体 进出口温度的平均值。 管程水的定性温度为： 35 2 4030 T 壳程煤油的定性温度为： 95 2 50140 t 3.2.2 流体有关物性数据流体有关物性数据 根据由上面两个定性温度数据，查阅参考书可得煤油和水的物理性质。可得壳程 和管程流体的有关物性数据。 参 数 物性 密度 i （kg/m3） 定压比热容 cpi

6、kJ/(kg) 粘度 i （Pas） 导热系数 i （Wm-1- 1） 煤油8102.30.9110-30.13 水9944.1870.72710-30.626 第第 4 章章 估算传热面积估算传热面积 4.1 热流量热流量 换热器的热负荷是指在确定的物流进口条件下，使其达到规定的出口状态，冷流 体和热流体之间交换的热量，或是通过冷、热流体的间壁所传递的热量。对无相变的 工艺物流，换热器的热负荷由下式确定： )( 21 TTcWQ phh 式中 热负荷，QhkJ 流体的流率， h Whkg 流体热容， cph ckgkJ 、 流体的入口、出口温度， 1 T 2 T 故WQ9200003600/

7、 )50140(103 . 216000 3 4.2 冷却水流量冷却水流量 )(/ 12 ttcQW pcC 式中 冷却水流量， C Whkg 水的热容， cpc ckgkJ 、 流体的入口、出口温度， 2 t 1 t 故hKgWC/79102 )3040(10187. 4 3600920000 3 4.3 平均传热温差平均传热温差 平均传热温差是换热器的传热推动力。其值不但和流体的进出口温度有关，而且还与 换热器内两种流体的流行有关。平均传热温差可用换热器的两端流体温度的对数平均 温差表示，即： 1 2 12 ln t t tt tm 式中 逆流时的对数平均传热温差 m t = t1 t1

8、tT 12 = t2 t2 tT 21 故求得 7 . 49 3050 40140 ln )3050()40140( ln 1 2 12 t t tt tm 而 09 . 0 30140 3040 12 12 tT tt P 9 3040 50140 12 21 tt TT R 查图 4-19，得 9 . 0 t 所以 73.44 7 . 499 . 0 mtm tt 其中，逆流时的对数平均传热温差， m t 折流时的对数平均传热温差， m t 温度差校正系数，量纲为 1 t 4.4 估算传热面积估算传热面积 由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。初步设定设 K0=290 Wm-2 -

9、1。则估算的传热面积为： 2 92.70 73.44290 920000 m tK Q S m 据此，由换热器系列标准选定下述型号的换热器 壳径/mm 工称压强/Mpa 公称面积/m2 管程数 600 2.5 68.2 2 管子尺寸/mm 管长/m 管子总数 管子排列方法 252.5 4.5 198 正方形斜转 45 实际传热面积 2 0 39.68) 1 . 05 . 4(025 . 0 14 . 3 198mdlnS 若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为 )/( 7 . 300 73.4439.68 920000 2 0 0 CmW tS Q K m 第第 5 章章 工程结构尺寸

10、工程结构尺寸 5.1 计算壳体厚度计算壳体厚度 壳体厚度按以下公式计算： C Pc PcDi d t 2 取设计压力 ,设计温度 150 ，材料选取 Q235-A,标号 GB3274，查表得MPaPc6 . 1 MPa t 113 筒体纵、环焊缝均为全焊透双面对接焊接，局部无损探伤 5.80 mm Pc PcDi t .05 .61-5.801132 600.61 2 腐蚀余量mmC1 2 计算壁厚为：mm Pc PcDi d t .061 2 在 6.07.0 之间，查表得dmmC.60 1 名义壁厚为：mmCdn8 1 5.2 封头的选择封头的选择 选取椭圆形封头， ， ，直边高度mmDg

11、600mmh150 1 mmh25 2 内表面积为：0.436 ， 容积 0.0352 ，材料 Q235-A ,重量：28.3 2 m 3 m 5.3 垫圈的选择垫圈的选择 选用垫圈 介质 法兰公称压 力 MPa 介质温度配用压紧 面形式 名称材料 煤油 1.6200 平形耐油橡胶石棉耐油橡胶石棉 水 1.660 平形橡胶垫圈橡胶板 5.4 接管接管 5.4.1 壳程流体进出口接管壳程流体进出口接管 取接管内液体流速， 则接管内径为：smu/8 . 0 1 =0.089(m) 8 . 014 . 3 0055 . 0 44 1 1 u v D 可选取接管 1334mm，长 150mm 的两个

12、5.4.2 管程流体进出口接管管程流体进出口接管 取接管内液体流速smu/8 . 1 2 mm u v D125 .8114 . 3 22.0044 2 2 可选取接管 1334mm，长 150mm 的两个 5.5 法兰法兰 5.5.1 壳体法兰壳体法兰 壳体法兰用甲型平焊容器法兰 JB1158-73,各参数如下： ,材料MPaPN.61 16Mn 公称 直 径 法兰/mm螺栓法兰 重 量 /公斤 Dg/m mDD1D2D3D4bd规格数量 6007306906556456434023 M2028 35.1 5.5.2 管法兰管法兰 选择管法兰 根据公称直径与公称压力选用板式平焊钢制管法兰 H

13、G20593-97 SO150-2.5RF 16Mn 钢制管法兰（HGJ45-91） 5.6 支座的选用支座的选用 查阅化工设备设计手册选用 A3F 材料，采用鞍式支座 Dg600AJB116773， 尺寸为： 公称直 径 Dg/mm 每个支 座允许 负荷 t b1LBlK1bm 60036.818055012026042090220 公称 直径 DN/mm 管子外 径 A/mm 法兰外 径 D/mm 螺栓孔中 心圆直径 K/mm 螺栓直 径 L/mm 螺栓 孔数 n 螺栓 长度 /mm 法兰 厚度 C/mm 内径 B/mm 1001082201801868518110 12513325021

14、01869020135 第第 6 章章 换热器核算换热器核算 6.1 核算压强降核算压强降 6.1.1 管程压强降管程压强降 ， pti NFPPP )( 21 4 . 1 t F2 p N 管程流通面积 22 2 0311 . 0 2 198 02 . 0 44 m N n dA p ii sm A V u i s i /71 . 0 0311 . 0 9943600 79102 19415 10727 . 0 99471 . 0 02 . 0 Re 3 ii i ud 取相对粗超度为，查莫狄图得.1005 . 0 20 1 . 0 i d 036 . 0 i Pa u d l p2029

15、2 71 . 0 994 02 . 0 5 . 4 036 . 0 2 22 1 Pa u pr 6 . 751 2 71 . 0 994 3 2 22 总压降：30KPa（符合设计要求）PaPi778624 . 1) 6 . 7512029( 6.1.2 壳程压强降壳程压强降 ssN Fppp)( 2 10 其中， 15 . 1 s F1 s N 2 ) 1( 2 0 0 1 u NnFfp Bc 管子为正方形斜转 45排列，F=0.4 1719819 . 1 19 . 1 nnc 取折流挡板间距 h=0.15m 291 15 . 0 5 . 4 1 h L NB 壳程流通面积 2 00 0

16、263 . 0 )025 . 0 176 . 0(15 . 0 )(mdnDhA c 5004673 1091 . 0 81021 . 0 025 . 0 Re 3 00 0 ud 728 . 0 46730 . 5Re0 . 5 228 . 0 228 . 0 00 f 所以 Pap2652 2 21 . 0 810 ) 129(17728 . 0 4 . 0 2 1 Pa u D h Np B 1554 2 21 . 0 810 ) 6 . 0 15 . 0 2 5 . 3(29 2 ) 2 5 . 3( 2 2 0 2 30 符合要求Pap483715 . 1 )15542652( 0

17、KPa 经过上述计算，管程、壳程压强降都符合设计要求 6.2 传热能力核算传热能力核算 6.2.1 管程传热膜系数管程传热膜系数 管程为流体无相变传热，则通常情况下用下式计算： 4 . 08 . 0 PrRe023 . 0 ii i i d 式中， 壳程流体的导热系数，w/(m 2 c) 当量直径，m e d 管内流动雷诺系数， i Re Pr 普兰特准数，取定性温度下得值， 19415Re i )/(365186 . 4 19415 02 . 0 626 . 0 023 . 0 PrRe023 . 0 86 . 4 626 . 0 10727 . 0 10187 . 4 Pr 24 . 08

18、 . 0 4 . 08 . 0 33 CmW d c ii i i p i 6.2.2 壳程流体传热膜系数壳程流体传热膜系数 14 . 0 3/155 . 0 0 0 )()()()(36 . 0 w p e e c ud d 式中 壳程流体的导热系数，w/(m 2 c) 当量直径，m e d Re 管外流动雷诺系数， 0 Pr 普兰特准数，取定性温度下得值， 流体定性温度下的粘度，Pas 流体在壁温下的粘度，Pas w 取列管的中间距 t=32mm,则流体通过管间最大截面积为 1 . 16 13 . 0 1091 . 0 103 . 2 Pr 6729 1091 . 0 81028 . 0

19、027 . 0 Re 027 . 0 025 . 0 )025 . 0 4 032 . 0 (4) 4 (4 /28 . 0 0197 . 0 8103600 16000 0197 . 0 ) 032 . 0 025 . 0 1 (6 . 015 . 0 )1 ( 33 0 3 0 0 22 0 2 0 2 0 0 p e e s c ud m d dt d sm A V u t d hDA 取 95. 0 14 . 0 （ w 所以 )/(53095 . 0 ) 1 .16()6729( 027. 0 13. 0 36 . 0 023/153 . 0 0 CmW 6.2.3 污垢热阻污垢热阻

20、 管内外污垢热阻分别为： WCmRs WCmRsi /00017 . 0 /00034 . 0 2 0 2 6.2.4 总传热系数总传热系数 iii i d d d d RsRs K 00 0 0 0 1 1 = 203651 25 20 25 00034 . 0 00017 . 0 530 1 1 = )/(354 2 CmW 由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过程的总传热系数为,)/(.7300 2 CmW 在规定的条件下，计算出的为,故所选择的换热器是合适的。 0 K)/(354 2 CmW 6.2.5 安全系数安全系数 .8%17%100 .7300 .7300-354 该换热器

21、符合设计要求，能够完成任务 第第 7 章章 换热器主要结构尺寸和计算结果表换热器主要结构尺寸和计算结果表 参数管程壳程 流量，kg/h 7910216000 操作温度， 30/40140/50 定性温度， 3595 流体密度，kg/m3 994810 定压比热容， kj/(kg.k) 4.1872.3 黏度，pa.s 3 10727 . 0 3 101.90 传热系数， W/（m2） 0.130.626 物 性 普朗特数 4.8616.1 形式浮头式台数 1 壳体内径，mm 600 壳程数 1 管径，mm5 . 225管心距，mm 32 管长，mm 4500 管子排列正方形斜转 45 管数目，根 198 折流板数 29 传热面积， 2 m 68.39 折流板间距，mm 150 设备结 构参数 管程数 2 材质碳钢 主要计算结果管程壳程 流速，m/s