换热器的设计方案3919.docx
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1、设计题目目:换热热器的设设计学院化学学化工学学院班级化工工*姓名张子子健学号 000000000000指导教师师:*日期:220100.9.12列管式换换热器设设计任务务书一设计题题目:煤煤油冷却却器的设设计(33组:211- )二设计任任务及操操作条件件1 处理能力力:188万吨/年煤油油2 设备形式式:列管管式换热热器3 操作条件件(1) 煤油:入入口温度度1100,出口口温度335(2) 冷却介质质:自来来水,入入口温度度25,出口口温度440(3) 允许压强强降:不不大于1100kkPa(4) 煤油定性性温度下下的物性性数据:密度8825kkg/mm3,黏黏度7.1510-44Pa.s
2、,比比热容22.222kJ/(kgg.),导热热系数00.144W/(m.)(5) 每年按3330天天计,每每天244小时连连续运行行三选择适适宜的列列管式换换热器并并进行核核算3.1 传热计计算3.2 管、壳壳程流体体阻力计计算3.3管管板厚度度计算3.4 U形膨膨胀节计计算3.5 管束振振动3.6 管壳式式换热器器零部件件结构目录1.概述述42.设计计标准63.方案案设计和和拟订64.设计计计算94.1确确定设计计方案94.1.1 选选择换热热器的类类型94.1.2 流流动空间间及流速速的测定定94.2确确定物性性数据94.3计计算总传传热系数数104.3.1 热热流量104.3.2 平平
3、均传热热温差114.3.3 冷冷却水用用量114.3.4 总总传热系系数 KK114.4计计算传热热面积124.5工工艺结构构尺寸124.5.1 管管径和管管内流速速124.5.2 管管程数和和传热管管数124.5.3平均均传热温温差校正正及壳程程数134.5.4 传传热管排排列和分分程方法法134.5.5 壳壳体内径径134.5.6 折折流板144.5.7 接接管144.6换换热器核核算154.6.1 热热量核算算154.6.1.11 壳程程对流传传热系数数154.6.1.22 管程程对流传传热系数数154.6.1.33 传热热系数 K164.6.1.44 传热热面积 S164.6.2 换换
4、热器内内流体的的流动阻阻力174.6.2.11 管程程流动阻阻力174.6.2.22 壳程程阻力174.6.2.33 换换热器主主要结构构尺寸和和计算结结果195.设计计小结206.参考考文献227.附图图表238.符号号说明251.概述述在不同温温度的流流体间传传递热能能的装置置称为热热交换器器,简称为为换热器器。在换换热器中中至少要要有两种种温度不不同的流流体,一种流流体温度度较高,放出热热量;另一种种流体则则温度较较低,吸收热热量。在化工、石油、动力、制冷、食品等等行业中中广泛使使用各种种换热器器,它们也也是这些些行业的的通用设设备,并占有有十分重重要的地地位。随着换热热器在工工业生产产
5、中的地地位和作作用不同同,换热热器的类类型也多多种多样样,不同同类型的的换热器器也各有有优缺点点,性能能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。列管式换换热器有有以下几几种:1、固定定管板式式固定管板板式换热热器的两两端管板板和壳体体制成一一体,当当两流体体的温度度差较大大时,在在外壳的的适当位位置上焊焊上一个个补偿圈圈,(或或膨胀节节)。当当壳体和和管束热热膨胀不不同时,补补偿圈发发生缓慢慢的弹性性变形来来补偿因因温差应应力引起起的热膨膨胀。特点:结构简简单,造造价低廉廉,壳程程清洗和和检修困困难,壳壳程必须须是洁净净不
6、易结结垢的物物料。2、U形形管式U形管式式换热器器每根管管子均弯弯成U形,流流体进、出出口分别别安装在在同一端端的两侧侧,封头头内用隔隔板分成成两室,每每根管子子可自由由伸缩,来来解决热热补偿问问题。特点:结构简简单,质质量轻,适适用于高高温和高高压的场场合。管管程清洗洗困难,管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。3、 浮头式换换热器两两端的管管板,一一端不与与壳体相相连,该该端称浮浮头。管管子受热热时,管管束连同同浮头可可以沿轴轴向自由由伸缩,完完全消除除了温差差应力。特点:结构复复杂、造造价高,便便于清洗洗和检修修,完全全消除温温差应力力,应用用普遍。2.设计计标准(1)JJB11145-7
7、3列管管式固定定管板热热交换器器(2)JJB11146-73立式式热虹吸吸式重沸沸器(3)中中华人民民共和国国国家标标准.GBB1511-899钢制制管壳式式换热器器.国家技技术监督督局发布布,19889(4)钢钢制石油油化工压压力容器器设计规规定(5)JJBT447155-19992固定管管板式换换热器型型式与基基本参数数(6)HHGT2207001.88-20000容器、换换热器专专业设备备简图设设计规定定(7)HHG2005199-922全套化化工工艺艺设计施施工图内内容和深深度统一一规定(8)中中华人民民共和国国国家标标准 JJB47732-95钢钢制压力力容器分析设设计标准准(9)中
8、中华人民民共和国国国家标标准 JJB47710-92钢钢制塔式式容器(10)中中华人民民共和国国国家标标准 GGB1667499-19997压压力容器器波形膨膨胀节3.方案案设计和和拟订根据任务务书给定定的冷热热流体的的温度,来来选择设设计列管管式换热热器中的的固定管管板式换换热器;再依据据冷热流流体的性性质,判判断其是是否易结结垢,来来选择管管程走什什么,壳壳程走什什么。在在这里,冷冷流体走走管程,热热流体走走壳程。从从手册中中查得冷冷热流体体的物性性数据,如如密度,比比热容,导导热系数数,黏度度。计算算出总传传热系数数,再计计算出传传热面积积。根据据管径管管内流速速,确定定传热管管数,标标
9、准传热热管长为为6m,算出出传热管管程,传传热管总总根数等等等。再再来就校校正传热热温差以以及壳程程数。确确定传热热管排列列方式和和分程方方法。根根据设计计步骤,计计算出壳壳体内径径,选择择折流板板,确定定板间距距,折流流板数等等,再设设计壳程程和管程程的内径径。分别别对换热热器的热热量,管管程对流流系数,传传热系数数,传热热面积进进行核算算,再算算出面积积裕度。最最后,对对传热流流体的流流动阻力力进行计计算,如如果在设设计范围围内就能能完成任任务。根据固定定管板式式的特点点:结构构简单,造造价低廉廉,壳程程清洗和和检修困困难,壳壳程必须须是洁净净不易结结垢的物物料。U形管式式特点:结构简简单
10、,质质量轻,适适用于高高温和高高压的场场合。管管程清洗洗困难,管管程流体体必须是是洁净和和不易结结垢的物物料。浮浮头式特特点:结结构复杂杂、造价价高,便便于清洗洗和检修修,完全全消除温温差应力力,应用用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水,不易结垢,再根据造价低,经济的原则我们选用固定管板式换热器。根据以下下原则:(1)不洁净净和易结结垢的流流体宜走走管内,以以便于清清洗管子子。(2)腐蚀性性的流体体宜走管管内,以以免壳体体和管子子同时受受腐蚀,而而且管子子也便于于清洗和和检修。(3)压强高高的流体体宜走管管内,以以免壳体体受压。(4)饱和蒸蒸气宜走走管间,以以便于及及时排除除冷凝液液,且蒸蒸
11、气较洁洁净,冷冷凝传热热系数与与流速关关系不大大。(5)被冷却却的流体体宜走管管间,可可利用外外壳向外外的散热热作用,以以增强冷冷却效果果。(6)需要提提高流速速以增大大其对流流传热系系数的流流体宜走走管内,因因管程流流通面积积常小于于壳程,且且可采用用多管程程以增大大流速。(7)粘度大大的液体体或流量量较小的的流体,宜宜走管间间,因流流体在有有折流挡挡板的壳壳程流动动时,由由于流速速和流向向的不断断改变,在在低Re(Re1000)下即可可达到湍湍流,以以提高对对流传热热系数。我们选择冷水走管程,煤油走壳程。流体流速速的选择择:增加流流体在换换热器中中的流速速,将加加大对流流传热系系数,减减少
12、污垢垢在管子子表面上上沉积的的可能性性,即降降低了污污垢热阻阻,使总总传热系系数增大大,从而而可减小小换热器器的传热热面积。但但是流速速增加,又又使流体体阻力增增大,动动力消耗耗就增多多。所以以适宜的的流速要要通过经经济衡算算才能定定出。此此外,在在选择流流速时,还还需考虑虑结构上上的要求求。例如如,选择择高的流流速,使使管子的的数目减减少,对对一定的的传热面面积,不不得不采采用较长长的管子子或增加加程数。管管子太长长不易清清洗,且且一般管管长都有有一定的的标准;单程变变为多程程使平均均温度差差下降。这这些也是是选择流流速时应应予考虑虑的问题题。在本本次设计计中,根根据表换换热器常常用流速速的
13、范围围,取管管内流速速。馆子的规规格和排排列方法法:选择择管径时时,应尽尽可能使使流速高高些,但但一般不不应超过过前面介介绍的流流速范围围。易结结垢、粘粘度较大大的液体体宜采用用较大的的管径。我我国目前前试用的的列管式式换热器器系列标标准中仅仅有252.55mm及19mm两种规规格的管管子。在在这里,选选择252.55mm管子。管长的的选择是是以清洗洗方便及及合理使使用管材材为原则则。长管管不便于于清洗,且且易弯曲曲。一般般出厂的的标准钢钢管长为为6m,则合合理的换换热器管管长应为为1.5、2、3或6m。此外外,管长长和壳径径应相适适应,一一般取L/D为46(对直径径小的换换热器可可大些)。在
14、这次次设计中中,管长长选择66m。管管子在管管板上的的排列方方法有等等边三角角形、正正方形直直列和正正方形错错列等,等等边三角角形排列列的优点点有:管板的的强度高高;流体体走短路路的机会会少,且且管外流流体扰动动较大,因因而对流流传热系系数较高高;相同同的壳径径内可排排列更多多的管子子。正方方形直列列排列的的优点是是便于清清洗列管管的外壁壁,适用用于壳程程流体易易产生污污垢的场场合;但但其对流流传热系系数较正正三角排排列时为为低。正正方形错错列排列列则介于于上述两两者之间间,即对对流传热热系数(较直列列排列的的)可以适适当地提提高。在在这里选选择三角角形排列列。管子在在管板上上排列的的间距(指
15、相邻邻两根管管子的中中心距),随管管子与管管板的连连接方法法不同而而异。通通常,胀胀管法取取t=(1.331.55)doo,且相相邻两管管外壁间间距不应应小于6mm,即t(d+6)。焊接接法取t=11.255do。管程和和壳程数数的确定定当流体体的流量量较小或或传热面面积较大大而需管管数很多多时,有有时会使使管内流流速较低低,因而而对流传传热系数数较小。为为了提高高管内流流速,可可采用多多管程。但但是程数数过多,导导致管程程流体阻阻力加大大,增加加动力费费用;同同时多程程会使平平均温度度差下降降;此外外多程隔隔板使管管板上可可利用的的面积减减少,设设计时应应考虑这这些问题题。列管管式换热热器的
16、系系列标准准中管程程数有1、2、4和6程等四四种。采采用多程程时,通通常应使使每程的的管子数数大致相相等。根根据计算算,管程程为4程,壳壳程为双双壳程。折流挡板板:安装折折流挡板板的目的的,是为为了加大大壳程流流体的速速度,使使湍动程程度加剧剧,以提提高壳程程对流传传热系数数。最常常用的为为圆缺形形挡板,切切去的弓弓形高度度约为外外壳内径径的1040,一一般取2025,过高高或过低低都不利利于传热热。两相相邻挡板板的距离离(板间距)h为外壳壳内径D的(0.21)倍。系系列标准准中采用用的h值为:固定管管板式的的有150、300和6000mm三种,板间距距过小,不不便于制制造和检检修,阻阻力也较
17、较大。板板间距过过大,流流体就难难于垂直直地流过过管束,使使对流传传热系数数下降。这次设计选用圆缺形挡板。换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。初步设计时,可先分别选定两流体的流速,然后计算所需的管程和壳程的流通截面积,于系列标准中查出外壳的直径。主要构件件的选用用: (1)封头封头头有方形形和圆形形两种,方方形用于于直径小小的壳体体(一般小小于4000mm),圆形形用于大大直径的壳体体。(2)缓冲挡挡板为防止止壳程流流体进入入换热器器时对管管束的冲冲击,可可在进料料管口装装设缓冲冲挡板。(3)导导流筒壳程流流体的进进、出口口和管板板间必存存在有一一段流体体不能流流动
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