列管式換熱器設計任務書VIP

1、化工原理 化工設備課程設計任務書設計題目： 年處理4.2萬噸柴油浮頭式換熱器 學生姓名： XXX 專業(yè)班級： xxx 學 號： xxxxx 指導教師： xxxxx 列管式換熱器設計任務書一、設計目的培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關選修課程基礎理論和基本知識去完成換熱單元操作設備設計任務的實踐能力二、設計目標設計的設備必須在技術上是可行的，經濟上是合理的，操作上是安全的，環(huán)境上是友好的三、設計題目列管式換熱器設計 四、設計任務及操作條件 1. 設計任務 設備型式：列管式 處理任務：如下表所示：處理量（萬噸/年）物料2426283032343.6384042444648原油121213煤油14252

2、6#柴油2737#3839#2. 操作條件（1）熱流體：入口溫度140; 出口溫度40 （2）冷卻介質：岷江水（3）允許壓降：不大于0.1MPa（4）物性數(shù)據(jù)柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：岷江水定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： 密度1=996.2kg/m3 黏度1=8.4395×10- 4Pa·s 定壓比熱容cp1=4.176kJ/(kg·) 導熱系數(shù)1=0.614W/(m·) 目錄第一章 概 述11.1換熱器的簡單介紹11.2本設計的目的和意義3第二章 設計計算42.1確定設計方案42.2確定物性數(shù)據(jù)42.3計算總傳熱系數(shù)42.4計算傳熱面積52.5工藝結構尺寸62

3、.6換熱器核算6第三章 設計結果匯總10設計圖紙（簡圖）11心得體會11參考文獻12評語及成績15第一章 概 述1.1換熱器的簡單介紹換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標的熱量交換設備，又稱熱交換器。換熱器作為傳熱設備被廣泛用于鍋爐暖通領域，隨著節(jié)能技術的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來越多。換熱器的分類：適用于不同介質、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器的具體分類如下： 一、換熱器按傳熱原理分類 1、表面式換熱器 表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。表面式換熱

4、器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。 2、蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過固體物質構成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度后，冷介質再通過固體物質被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉式、閥門切換式等。 3、流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。 4、直接接觸式換熱器 直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進行換熱的設備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。二、換熱器按用途分類 1、加熱器

5、加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。 2、預熱器 預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數(shù)。 3、過熱器 過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。 4、蒸發(fā)器 蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。 三、按換熱器的結構分類 可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。1.2本設計的目的和意義通過本次課程設計，培養(yǎng)學生多方位、綜合地分析考察工程問題并獨立解決工程實際問題的能力。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）資料、文獻、數(shù)據(jù)的查閱、收集、整理和分析能力。要科學、合理、有創(chuàng)新地完成一項工程設計，往往需要各

6、種數(shù)據(jù)和相關資料。因此，資料、文獻和數(shù)據(jù)的查找、收集是工程設計必不可少的基礎工作。（2）工程的設計計算能力和綜合評價的能力。為了使設計合理要進行大量的工藝計算和設備設計計算。本設計包括熱工計算和冷卻器設備的結構計算。（3）工程設計表達能力。工程設計完成后，往往要交付他人實施或與他人交流，因此，在工程設計和完成過程中，都必須將設計理念、理想、設計過程和結果用文字、圖紙和表格的形式表達出來。只有完整、流暢、正確地表達出來的工程設計的內容，才可能被他人理解、接受，順利付諸實施。 通過本設計不僅可以進一步鞏固學生所學的相關啊知識，提高學生學以致用的綜合能力，尤其對傳熱學、流體力學等課程更加熟悉，同時還

7、可以培養(yǎng)學生尊重科學、注重實踐和學習嚴禁、作風踏實的品格。第二章 設計計算2.1確定設計方案兩流體溫度變化情況：柴油 入口溫度：140 出口溫度：40岷江水 入口溫度：20 出口溫度：20本次設計任務為柴油冷卻器的設計，兩流體在傳熱過程中無相變，換熱器用岷江水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器；固定管板式換熱器結構比較簡單，制造簡單，制造成本低，管程可用多種結構，規(guī)格范圍廣泛，在生產中廣泛應用。因殼程不易清洗，故不適宜較臟或有腐蝕性的物流的換熱，適用殼壁與管壁溫差小于70、殼程壓力不高并可用化學方法

8、清洗的場合。故此最終選擇浮頭式換熱器。由于岷江水較易結垢，為便于水垢清洗，應使岷江水走管程，柴油走殼程。管徑選用25mm×2.5mm的碳鋼管，取管內流速u1=0.5m/s。2.2確定物性數(shù)據(jù)柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：岷江水定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： 密度1=996.2kg/m3 黏度1=8.4395×10- 4Pa·s 定壓比熱容cp1=4.176kJ/(kg·)2.3計算總傳熱系數(shù)柴油單位時間處理量qm=4.7945×10³ kg/h熱流量 Q=qm·cpo·tm=4.7945×10³×

9、2.48×140401189036kJ=330.29kw冷卻水用量W=11795.678 kg/h對數(shù)平均溫度差tm=50.9505平均傳熱溫度校正系數(shù)R=6.25 P=0.133查表可得修正系數(shù)管程傳熱系數(shù)1=殼程傳熱系數(shù)假設殼程傳熱系數(shù)2=540W/(m2·)污垢熱阻 柴油 Rs1=3.4×10-4 河水 Rs2=5.0×10-4管壁的導熱系數(shù)=48W/(m·)總傳熱系數(shù) =301.0962.4計算傳熱面積考慮15%的裕度S=1.15×S=1.15×21.5299=24.7594m22.5工藝結構尺寸列管的計算選擇管徑為

10、25mm×2.5mm的標準管取管內流速1=0.5m/s單程管速按單程管束算，所需換熱管長度 采用多管程結構，取標準管L=3m，材料為20號的無縫鋼管管程Np=4傳熱管總根數(shù)N=nNp=32×4=128采用組合排列法，每程采用正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列管心距 t=1.25d=1.25×25=31.25mm橫過管束中心的管數(shù)nc=1.1=1.1=12.44513根采用多管程結構，取管板利用率=0.6，則殼體內徑DiDi=1.05×31.25×=479.26500mm采用弓形折流板，切去圓缺高度h=0.2Di=0.2×500=10

11、0mm折流板間距B=0.3Di=0.3×500=150mm折流板數(shù)殼程流體進出口接管內徑故取殼程流體進出口標準管徑d=50mm m=4.0mm管程流體進出口接管內徑故取標準管程流體進出口接管內徑d=100mm m=6.0mm根據(jù)標準，接管公稱外徑89mm，可不再另行補強，因此管程接口需另行補強。接管的高度h=150mm殼體的設計 由于所設計的換熱器屬于常規(guī)容器，考慮到生產成本和使用條件，選擇材料為20R。殼體與封頭采用法蘭連接。已知殼體內徑Di=500mm 為殼體工作溫度下的許用應力，已知殼程設計溫度為90，設計壓力為1.6MP，查表得=133,為焊縫系數(shù)，取=0.9 ，c2=1mm

12、 =245則殼體壁厚=1.6×500/(2×133×0.91.6)=3.37 C1=0.4 C1=0.6進行水壓試驗：=1.25P =1.25×1.6×1=2t=0.9=198.45所以：水壓強度滿足要求，所以取殼體壁厚長度L=3000mm浮頭蓋短節(jié)、封頭計算 浮頭蓋短節(jié)壁厚因為浮頭蓋的內徑為500+100=600mm ， 其余參數(shù)同殼體所以1.6×600/(2×133×0.91.6)=4.037 C1=0.5 C1=0.6曲面高度H=125mm 直邊高度h=25mm封頭均選用標準橢圓封頭，因其便于沖壓，應力分析比

13、較均勻，制作簡單。1.6×600/(2×133×0.90.5×1.6)=4.023最后取進行水壓試驗，方法同上，且都符合要求。內徑=600mm管箱的設計已知管程設計溫度為28，設計壓力為0.6MPa , 材料為20R，查表得=133, =245，取=0.8 ，c2=1mm則箱殼厚度為=0.6×500/(2×133×0.80.6)=1.14 C1=0.2 考慮到殼體壁厚，所以箱體壁厚取6mm壓力校核同上，是符合的。管箱采用B型（封頭管箱）內徑D=500mm長度L=200mm 固定管板和浮頭管板固定板厚：b=46mm 浮頭板厚：

14、b=50mm 管板選用Q235-A管子與管板的連接必須牢固、不泄漏，不產生大的應力變形，最常見的連接方法為脹接，由于本設計中工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，所以管板和管子的連接采用脹接，管板與殼體采用可拆卸連接，如法蘭連接。折流板的設計采用弓形折流板，排列方式采用水平切口，且切口部分不裝管子,第一塊或最后一塊折流板盡可能靠近殼程進出口接管。切口尺寸：h=20%Di=100mm擋板間距B:B=Di/3=167mm,取200mm板數(shù)：n=19塊板厚：12mm折流板管孔徑：26mm管心距：32mm 各程相鄰管的管心距為44mm拉桿采用定距螺栓拉桿，均勻布置在管束的外邊緣，用于安裝折

15、流板數(shù)量6根，直徑16mm2.6換熱器核算1.殼程對流傳熱系數(shù)對弓形折流板，采用克恩公式當量直徑：由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速：殼程雷諾系數(shù)Re2=3137.026普蘭特準數(shù)Pr=11.934黏度校正系數(shù)2.管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積S=0.785×0.02²×=0.010048管程流體流速u1=0.4938m/s管程雷諾系數(shù)Re=11657.65普蘭特準數(shù)Pr=11657.65傳熱系數(shù)K=282.4859W/(m·)管子傳熱面積S=實際面積SP=·d0·L·(NNp)=3.14×0.025

16、15;3×（12864）=27.0825m2面積裕度 H=符合15%25%的范圍，該換熱器能完成生產任務。3.換熱器流動阻力管程流動阻力：Ns=2 NP=4 Ft=1.5Pa(由于Re=23317.16，絕對粗糙度=0.01查表，得3=0.01，)0.1MPa管程流動阻力在允許范圍之內殼程流動阻力： 流體流經管束的阻力：PaF=0.5 NB=19 nc=9f2=5Re-0.228=5×11657.65-0.228=0.5813流體經過折流板缺口阻力：總阻力殼程流動阻力也較適宜。第三章 設計結果匯總參數(shù)管程（水）殼程（柴油）流量/17795.6784794.50進/出口溫度/

17、36/20140/40定性溫度/2890密度/996.2715定壓比熱容/4.1762.48粘度/0.000843950.00064熱導率/0.6140.133普朗克數(shù)5.7411.934形式浮頭式臺數(shù)1殼程內徑/mm500殼程數(shù)2管徑/mm25×2.5管心距/mm31.25管長/mm3管子排列正三角形管數(shù)目/根128折流板數(shù)/塊19傳熱面積/m²24.7594材質碳鋼流速/ m/s0.98770.1552阻力/Pa2557.2799熱流量/kw33029傳熱系數(shù)/ W/(m·)2137.118506.675設計圖紙（簡圖）心得體會課程設計是我們專業(yè)課程知識的綜合

18、實踐應用的實踐訓練。通過本次課程設計，讓我深深體會到了“千里之行始于足下”這句話的含義，在我認真設計進行課程設計的這段時間，讓我學會做事要腳踏實地、一絲不茍，只有這樣才不會這在忙中出錯。說實話，課程設計真的很累。但是當我開始整理自己的設計成果時，慢慢回想這兩周的設計歷程，心里出現(xiàn)一種少有的成就感。雖然這是化工設計邁出的第一步，也讓我獲得不少收獲。其中最為深刻的體會是：1.看似簡單的事情，最后都會變的復雜；而復雜的事情，最后很可能會變得不可收拾。2.做事情的時候一定要專注、耐心，只有這樣才不會重復犯一些不必要低級的錯誤。在手工繪圖期間，剛開始畫圖時感覺自己應該已經是把要用到的數(shù)據(jù)都查好或者計算好

19、了的，但是動手畫的時候發(fā)現(xiàn)自己很多地方的尺寸按比例縮放后畫出來很難看。而且還有一部分結構的尺寸在國標和行標中也沒有找到詳細參數(shù)，本來打算對于這部分結構的尺寸按照一些經驗數(shù)據(jù)進行繪制，但是查閱了大量資料后仍然沒什么收獲。最后只有為了讓圖紙美觀，有些小尺寸就只能自己估計著尺寸畫。課程設計過程中，大量的計算有時不免令人心煩意亂，任何一步不小心的計算出錯，就只能從頭再來。但一想起的平時兩位老師的耐心教導，以及今后自己應當承擔的社會責任，想到那些因某些細節(jié)失誤而造成的大事故，我就會不禁提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負責，認真對待手中的任務的態(tài)度。這次的課程設計使我在工作作風得到了一次難得的磨練，短短兩周的

20、時間，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是如此的匱乏，對專業(yè)知識的綜合應用是如此的不足。想到這里自己覺得很是慚愧。雖然這次課程設計讓我覺得這兩周的生活過的很黑暗，但設計還是在自己的努力下順利完成了，盡管這個設計還存在著一些不足之處。敬請老師多多指正。也希望通過這次老師的指點和同學的討論，讓我在以后的設計上能得到提高。 最后感謝徐慎穎老師、張燕老師一學期以來對我們的辛勤教導，耐心輔助，以及和我一起討論設計的同組成員的相互協(xié)作，你們是讓我較為順利圓滿的完成了本次課程設計的力量源泉。你們也使我在學習生活中順利受益匪淺。非常感謝大家！參考文獻1.汪鎮(zhèn)安 化工工藝設計手冊(上).化學工業(yè)出版社，20032.譚蔚 聶清德，化工設備設計基礎，天津大學出版社，20003.時鈞，汪家鼎等.化學工程手冊，化學工業(yè)出版社，19964.匡國柱 史啟才，化工單元過程及設備課程設計，化學工業(yè)出版社，20015.潘永亮 劉玉良，化工設備機械設計基礎，科學出版社，19996.大連理工大學化工原理教研室.化工原理課程設計.大連理工大學出版 社，20087.柴誠敬，劉國維，李阿