循環(huán)水冷卻器設(shè)計說明書

1、化工原理課程設(shè)計循環(huán)水冷卻器設(shè)計說明書校院級號名師 班 老 業(yè) 導(dǎo) 學(xué)學(xué)專學(xué)姓指目錄1設(shè)計任務(wù)書11.1設(shè)計題目：循環(huán)水冷卻器的設(shè)計112設(shè)計日任務(wù)及操作條件1L3廠址：齊齊哈爾地區(qū)12設(shè)計摘要23主要物性參數(shù)表34工藝計算44. 1確定設(shè)計方案 44. 2核算總傳熱系數(shù) 84. 3核算壓強(qiáng)降115設(shè)備參數(shù)的計算155. 1確定換熱器的代號155. 2計算殼體內(nèi)徑Di155. 3管根數(shù)及排列要求165. 4計算換熱器殼體的壁厚165. 5選擇換熱器的封頭175. 6選擇容器法蘭195. 7選擇管法蘭和接管215. 8選擇管箱225. 9折流擋板的設(shè)計235. 10支座選用235. 11拉桿的選

2、用和設(shè)置 245. 12墊片的使用267總結(jié)評述278參考文獻(xiàn)289主要符號說明2910附表30鍵入文字鍵入文字1設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計題目：循環(huán)水冷卻器的設(shè)計12設(shè)計任務(wù)及操作條件1.2. K設(shè)計任務(wù) 處理能力：70000kg/h 設(shè)備型式：列管式換熱器1.2.2、操作條件 循環(huán)水：入口溫度60C,出口溫度45C 冷卻介質(zhì)水：入口溫度15C,出口溫度40C 管程和殼程的壓強(qiáng)不大于1. 6MPa 換熱器的熱損失5%1.1、 廠址：齊齊哈爾地區(qū)2設(shè)計摘要在國內(nèi)外的化工生產(chǎn)工程中，列管式換熱器在目前所用的換熱器中應(yīng)用極為 廣泛一一由于它具有結(jié)構(gòu)牢固，易于制造，生產(chǎn)成本較低等特點。管殼式換熱器作為一種

3、傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱器，在許多部門中都被大量使用。其 結(jié)構(gòu)由許多管子所組成的管束，并把這些管束固定在管板上，熱管板和外殼連接 在一起。為了增加流體在管外的流速，以改善它的給熱情況在筒體內(nèi)安裝了多塊 擋板。我們的進(jìn)行作業(yè)時列管換熱器的設(shè)計，根據(jù)所給的任務(wù)，進(jìn)行綜合考慮。 首先確定流體流徑。我們選擇冷卻水通入管內(nèi)，兒循環(huán)水通過入管間。其次，我們確定兩流體的定性溫度，由于溫度引起的熱效應(yīng)不大，可以選擇 固定管板式換熱器。根據(jù)初算的總傳熱系數(shù)和熱負(fù)荷，以及換熱器的換熱面積，鍵入文字換熱器的根數(shù)和長度，來確定管程數(shù)。并査閱相關(guān)資料。初步工作完成之后，對設(shè)備的各種參數(shù)校核，包括換熱器殼體，封頭，管箱, 管板，法

4、蘭的選用等等，接著進(jìn)行一系列的檢査。選擇這些附件，不僅要與所選換熱很好的匹配，而且要兼顧經(jīng)濟(jì)的要求，讓 換熱器既造價低廉乂堅固耐用，以達(dá)到即經(jīng)濟(jì)乂實惠的效果。3主要物性參數(shù)表在定性溫度下:t定冷二（10+35） /2=22. 5Ct 定滬（55+40） /2=47. 5 C表3-1物性參數(shù)表物性殼程（循環(huán)水）管程（冷卻水）符號數(shù)據(jù)符號數(shù)據(jù)密度kg/m，P987. 05P996. 74比熱容kJ/ (kgC54. 17654. 178粘度PasMi549X10P2886. 3X0導(dǎo)熱系數(shù)w/nTC入650. 79X10-3入610.5X10進(jìn)口溫度。CTi55t210出口溫度。CT：10t235

5、4工藝計算4. 1確定設(shè)計方案4.1.1選擇換熱器的類型（1）兩種流體的變化情況：熱流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度55C,出口溫度40C； 冷流體（冷卻水）進(jìn)口溫度10C,出口溫度35C; 冷水定性溫度：t底冷二（104-35） 72=22. 5C鍵入文字進(jìn)入文了循環(huán)水定性溫度:tswr (55+40) /2=4759由于兩流體溫差小于50C,不必考慮熱補(bǔ)償。因此初步確定選擇用固定 管板式換熱器。(2) 流程安排 由于該換熱器是具有冷卻水冷凝的換熱器，應(yīng)使循環(huán)水走殼 程，以便于排除冷卻水。4. 1. 2計算熱負(fù)荷和冷卻水流量(1) 熱負(fù)荷的計算Qh 二nihC 比= (74000/3600) X418

6、0. 5X (55-40)=1. 289X10w熱負(fù)荷Qk=Qk_Qi= (1-5%) Ql=0. 95X1. 289X10W=1022455 X106w(2) 冷卻水流量的計算Q=0. 95呱(7-丁2)FhCa (t 1-七2)所以 1=0.95X70000X4. 805X (55-40) /3600X4. 181 X (35-10)=11. 72 kg/s4.1.3計算兩流體的平均溫差，確定管程數(shù)(1) 平均傳熱溫差A(yù)t.=Atx-At2/ln (At!-At2)(按逆流計算)其中：At產(chǎn)55-35二 10C； At2=40-10=30Ct=25CP=t2-ti/Ti-ti=0. 56R

7、=Ti-T2/ti-t2=0. 6由P、R值査閱化工原理(天津大學(xué)出版社)(上冊)圖4-19,可得: 屮厶 1=0. 88,則有 t.=0. 88X25=22C(2) 確定管程數(shù)由于屮 t=0.880.8,故此換熱器應(yīng)選用雙殼程4.1.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸(1) 初選換熱器的規(guī)格假設(shè) K=900 W/(mC)則估算的傳熱面積為：A=Q/KAtm=61. 85 m1(2) 管徑和管內(nèi)流速選用e 25X2. 5的碳鋼傳熱器取管內(nèi)流速為Ux=O. 5m/s估算管程數(shù)和傳熱管數(shù)鍵入文字健入文字V 二 m3. 14/4&2u,由4. 1. 2可知：冷卻水用量=11. 08kg/s則Me/ p c=0. Oll

8、lmVsN=0. 111/3. 14/4(0. 02)2X0. 5=75 根根據(jù)列管式換熱器傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，此數(shù)據(jù)可選取按單程算，所需的單程熱管長度 L二A/3. 14dm尸 13. 7m取傳熱管長l=6m則該傳熱管的管程數(shù)為Np=L/l=2傳熱總根數(shù)=2X75=150根實際傳熱面積 S.=N3 14d (1-0. 1) =77. 81 m2 則要求過程的總傳熱系數(shù)為Ko=0/SoAt.=715. 3w/(m2OC)該換熱器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：表4-1換熱器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)公稱直徑：500m工程壓強(qiáng)：1. 6MPa總管數(shù)：NT=168根管間距：t=32mm管數(shù)：84管程數(shù)：m=2管長：6. 0m工程面

9、積：80 m2管子排列方式：正三角形排列4. 2核算總傳熱系數(shù)4. 2.1管程對流傳熱系數(shù)丄二士X0.0八空奧0.0263能Np 420.02x0.421x996.740.00008663ux =v / A = 0Olll/0.2638= O421m/S=96 87（湍渝）普蘭特準(zhǔn)數(shù):4.178xlQ3x0.00008663=5930.6176a = 0.23Res Pr04 = 0.023x 0,6105x (96 87)18 x (5.93)031 dx x0.02= 243L13W/(urcC)4. 2. 2殼程傳熱系數(shù)取換熱器管心距t=32 mm殼程流通截面積為：A= hDQ-do/t

10、)其中：h-折流板間距。取為150mm。D-殼體公稱直徑，取為150 mmd-管子外徑，可取25 mmt-中心距，可取32 mm。殼程流體流速：u0=75 00/(3600x987.05 x 0.0164) = 1.2005in/s當(dāng)量直徑按三角形排列有：，當(dāng)量直徑：de = 4(1.41 護(hù)-站 /4)()=0.020211咲=T =0.0202x1.2005x987.05 =4356g0.00057075普蘭特準(zhǔn)數(shù)：“ c c 4.176x103x0.5494x10-3Pt,=聲 =3.530.65079用殼方流體的對流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式計算0 1416Zn=0.36x一x405(X55 x

11、l 1.343 x0.95 = 38408W/(nrC) f0.027帶入數(shù)據(jù)得：an =036 x。少8 x 356.07 xl.53x 0.94 = 5939.95 w/ nr-C 0.02024. 2. 3計算總傳熱系數(shù)其中：一殼程管程對流傳熱系統(tǒng)w/nfCd0,d1,dm換熱管外徑內(nèi)徑和內(nèi)外徑的平均值mmR.Ao一一管內(nèi)側(cè)外側(cè)污垢熱阻耐-C/w； b換熱器壁厚，取0.0025m碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，取45 w/nf C管壁熱阻碳鋼在該條件下入二45 w/m2 C鍵入文字健入文字鍵入文字健入文字0,002545= 0.06xl03m2C/WKq =0.0250.02x240950.00014x

12、0.0250.025+0.020.02x24095+ 0 00014+ 6040420.06x0.025002鍵入文字健入文字=934.5 8w/iii2oC計算安全系數(shù)=一 = 934.58-790.39 乂?！?&24% kA790.39核算表明該換熱器可以完成任務(wù)。4. 3核算壓強(qiáng)降4. 3.1管程流體阻力EAP】 =(AP14-AP2)N1耳鍵入文字健入文字鍵入文字健入文字對于A Pl的計算：管程流通截鍵入文字健入文字鍵入文字健入文字4 Np=O.O22168 3.14XX 24= O.O2638n2鍵入文字健入文字由此可知 * = = 00111 =o.42hn/sA 0.02638

13、込= 99674x0.02x0.421 = 9687 “86.630x10設(shè)管壁粗糙度 = o.lmm= = 0.005 dx 20入=0. 037代入AP計算式A Px=0. 037 X AP1 = 0.037x x 99674x (0444) = 980.48Pa 0.02 2(1) 對于的計算AP,迴1小996皿(0.4 訃=26499P 込 2 2(2) 對于EAP勺計算貝IJ： ZAP； = (AI 4-AP2)FtNp = (98048+26499)x1.4x2 = 348732Pa由此可知，管程流通阻力在允許范圍之內(nèi)C4. 3. 2殼程壓強(qiáng)降校核SAP0 = (AP； + AP；

14、)N 嚴(yán) F；2其中：AP1 =Fnc(NB+l)-AP； =NB(3.5-)_-D 2Fs是處程圧強(qiáng)降屆后校正因數(shù)，液體取1.15；Ns是殼程數(shù)，為1(1)對于AP；的計算由于換熱器列管呈三角形排列F=0. 5Nc =l.lVn =1.17168=14.26鍵入文字取折流板間距為300mm：殼程的流通面積4 = h(D-ncdo)= 0.3x (0.5-14.26x0.025) = 0.04305B2%吟70000=-0.45763600x987.05x0.04305遊=0.025x0.4576x：87.05 97842“570.75X106可見Re0500故可應(yīng)用下式計算心 爲(wèi)=5.0Re

15、f228 = 5.0x197842228 = 0.52412AP； =Fnc(NB+l)- =0.5x0.5241x14.26x(19 + 1)98705X457 =77235Pa(2)對于AP；的計算 士 “2h、pu； 2x0.3、987.05x(457一“AR = Nb (3.5) - = 19x (3.5) x = 45160P a-D 20.52(3) 對于EP。的計算YP0 = (AP1 +AP?)N 嚴(yán) F, =(77235 + 45160)x1.4x2 = 342706Pa計算表明：管程壓強(qiáng)降為3487. 32 Pa ,小于壓強(qiáng)1. 6MPa殼程壓強(qiáng)降為34270. 6Pa ,

16、亦小于設(shè)計J-R1.6MPa ;綜上可知，管程和殼程壓強(qiáng)降均能滿足題i殳耍求5設(shè)備參數(shù)的計算5. 1確定換熱器的代號5.1.1換熱器的代號所選換熱器的代號為G-500-2-1.6-8（/1315.1.2確定方法此代號根據(jù)工藝計算反列管式固定管板式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)對G系列列管 式固定管板換熱器的規(guī)定。查化學(xué)化工出版杜化工匸藝設(shè)計手冊（上） 第120頁表3-10列管式固定管板換熱器標(biāo)準(zhǔn)圖號和設(shè)備型號得到殼體 內(nèi)徑D,公稱壓強(qiáng)，管根數(shù)及排列要求而確定。5.2計算殼體內(nèi)徑D,I公式：Dx = （nc-l） + 2b其中：t管中心距，m對625x2.5nc 一一橫過管束中心線的管線，用nc =1.1計算b

17、管束中心線上2管的中心到殼體內(nèi)辟的距離，取6 =1.5d0計算:Dx = 0.032x （1.1-1） + 21x5x0.0025= 0.4991n 5 OQnm5. 3管根數(shù)及排列要求（1）換熱器采用625x2.5的無縫鋼管，材質(zhì)選用可焊接性好的10號鋼，管 長6m ,共168根管。（2）排列方式及管中心距的確定1）可該換熱器列管采用三角排列2）管子與管板采用焊接，故可取t=1.25= 32inm鍵入文字健入文字從入文了5.4計算換熱器殼的壁厚5. 4. 1選適宜的殼體材料根據(jù)化匸設(shè)備手冊-材料與部件（上海）第102頁壓力容器用碳素碳 及普通低合金厚板鋼（536-69）,換熱器公稱圧強(qiáng)為1.

18、6MPa選用鋼板。5. 4.2該鋼板的主要工藝參數(shù)性能加工工藝性能好，可冷卷，氣割下料開坡口，炭弧氣刨挑焊根開坡口。冷沖壓力熱沖壓性能好，使用溫度-20475C,可以作中低壓設(shè)備，所 以簡體材質(zhì)選用烏F鋼板，鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB3274。5. 4.3壁厚的計算（1）公式：5p =5 + C1+C2+A其中：%鋼板在不考慮加工裕量時的厚度，mm；6計算厚度，mm：q鋼板負(fù)偏差，mm：C,腐蝕裕量，nun：圓整值。式中為設(shè)計厚度，可用下式計算：必=+CF】26一 Pc 其中：Pc設(shè)計壓力，取1.6MP4 : Di殼體內(nèi)徑，mm； a1 一設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa :焊縫系數(shù)。（2）查算：依據(jù)化工設(shè)

19、備機(jī)械基礎(chǔ)（華東理工大學(xué)出版社）表14-3,鋼制壓力容器屮使用的鋼板許用應(yīng)力可得刃二113MP*，依 表14-4焊縫系數(shù)可得二0.85,依表14-6腐蝕裕最可得C- 二 2mni o鍵入文字健入文字1.6x5002xll.x0.85-1.6依化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（華東理工大學(xué)出版社）表14-5,鋼板厚度常用規(guī)格及其負(fù)偏差得CO. 6mm, 二l2mm。故 Sp =島 +C +0 =6.2 + 0.64-1.2 = 8. Omni可根據(jù)JB/708-65選用厚度為8mm的鋼板材質(zhì)AF（3）水圧實驗強(qiáng)度校核水壓試驗應(yīng)力為6 = 式中：Pp =1.25P =1.25x1.6 = 2.0MPaQ = %

20、C C? = 8.0 - 0.6- 2 = 5.4mni將有關(guān)數(shù)據(jù)代入原式可得2.0x（500 + 5.4）仆aT = =110.11MPa2x5.4x0.85査閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（華東理工大學(xué)出版社）表14-3, 鋼制斥力容器中使用的鋼許用應(yīng)力可得到AF鋼制容器在常 溫水壓試驗時億=235MPa從而，有aT = 0.9cr5 =0.9x235=21L5MPa 所以殼體壁厚滿足水床試驗的強(qiáng)度要求。5.5 選擇換熱器的封頭（1）公式：PdD26S_0.5pt+ C +其中：由于Dx =500=602.05.11.2拉桿的設(shè)置拉桿與折流板和擋板的連接形式如下圖所示: 鍵入文字健入文字圖5-7拉桿5

21、.12確定管板尺寸由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)査得，管板選用的材料為16Mn,管板厚度 為20mm,質(zhì)量是59. 6Kg.鍵入文字健入文字runi圖5-8整體管板5.13墊片的使用5.13.1設(shè)備法蘭用墊片根據(jù)床力容器與化工設(shè)備實用手冊第491頁，密封墊片選用非金屬軟墊片，JB4704-92o厚度30mm,該墊片為法蘭用墊片，其尺寸：外徑：D2=545inm 內(nèi)徑：Dl=500mmPN=1.5MpaDN=500mm7/人/力1-D1圖59設(shè)備法蘭所用墊片5.13.2管法蘭用墊片3.厚度3mm.材料：耐油橡膠石棉板S20056墊片：1.MFM 1502.52.MFM200 25鍵入文字健入文字7總結(jié)評述在

22、教師的悉心指導(dǎo)下，在團(tuán)隊中每個人的積極努力下，在這歷時兩個星期的 課程設(shè)計中我們解決了很多難題。然而，在這次課程設(shè)計中，大家更多的發(fā)現(xiàn)了自己的不足，以及對實踐經(jīng) 驗的缺乏，在諸多方面還盂提離。在學(xué)習(xí)中大家分工明確，在每個環(huán)節(jié)中都能出 色的完成。我組主要進(jìn)行了以下環(huán)節(jié)：一、數(shù)據(jù)計算一一在設(shè)計剛開始時，大家積極査詢相關(guān)資料，翻閱了圖書館 里的很多相關(guān)書籍。在大家不斷查找資料、不斷的理解公式原理不斷進(jìn) 行可行性分析的前提下，很多問題都得到了解決，在很多難點上都有了 很大的突破。經(jīng)過了幾天的團(tuán)結(jié)協(xié)作完成了計算部分。二、設(shè)計說明書一一在這個環(huán)節(jié)中，大家認(rèn)真的將每一個公式字句輸入文檔 中，輸完之后乂進(jìn)行了

23、多次檢査，多次審核，終于經(jīng)過了兒天的精誠合 作，完成了文檔的輸入工作。說明書的設(shè)計，從対皮到公式到逐字逐句 都顯得十分謹(jǐn)慎。三、畫圖一一對于每一個環(huán)節(jié)，都需要每個成員在該環(huán)節(jié)上有所突破。在這 個環(huán)節(jié)屮，在組長的領(lǐng)導(dǎo)下，大家默契配合，充分體現(xiàn)了團(tuán)隊精神，通 過對數(shù)據(jù)的深刻理解，認(rèn)認(rèn)真真的完成了制圖的工作，終于完成了該設(shè) 計的最后環(huán)節(jié)。通過這次設(shè)計我們看到了團(tuán)隊的力最，個人離不開團(tuán)隊，團(tuán)隊需要每一 個人的精誠合作，才能發(fā)揮團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。通過老師的耐心的講解和幫助，我們把公式及其應(yīng)用范圍都鞏固了一遍。 經(jīng)過這次課程設(shè)計，我們充分的理解了課程設(shè)計的真正含義。本次設(shè)計給了我 知識和技能的同時，也給予我

24、很多經(jīng)驗和教訓(xùn)。在今后的學(xué)習(xí)和工作中，我將不斷努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識，不斷完善自 己，不斷的挖掘自己的潛力。8參考文獻(xiàn)1天津大學(xué)，化工原理，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社。2鄭曉梅，魏崇關(guān)，化工工程制圖，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，【3】化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊編寫組，化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊，上海，上?？茖W(xué)技 術(shù)出版【4】柴誠敬，劉國維，李阿娜，化工原理課程設(shè)計，天津，天津科學(xué)技術(shù)出 版社，【5】化學(xué)工程手冊。6華南理工大學(xué)，化工工程及設(shè)備設(shè)計，廣州，華南理工大學(xué)出版社，17刁玉偉，王立業(yè)編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，大連，大連理工大學(xué)出版社8中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)鋼制管法蘭，墊片，堅固件（1991-12）化學(xué)工業(yè)出版社9鋼制列管式固定板式換熱器結(jié)構(gòu)手冊1994.110化工設(shè)備設(shè)計手冊材料與零部件，上海人民出版社。11姚玉英主編化工原理（上）天津大學(xué)出版社。12大連理匸大學(xué)教研室編，化工原理課程設(shè)計大連理工大學(xué)出版社,1994.【13】夏清主編化工原理（上）天津大學(xué)出版社2005. 114齊齊哈爾大學(xué)化工原理教研室主編，化工原