柴油冷卻器設計說明書資料

長沙學院課程設計說明書題目柴油冷卻器設計系（部)生物工程與環(huán)境科學系專業(yè)（班級）11級生物營養(yǎng)1班姓名歐陽東曉學號2011032136指導教師羅卓起止日期2013.5.20——2013.5.31系主任—張建社指導教師羅卓學生—歐陽東曉編號：1.03一、 設計題目名稱：年處理85000噸柴油油冷卻器的設計二、 設計條件：柴油：入口溫度：145°C，出口溫度：45°C；冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa，進口溫度20C，出口溫度36C）允許壓強降，不超過105Pa；每年按330天計；每天24h連續(xù)運轉(zhuǎn)。處理能力85000噸/年；設備型式：列管式換熱器。柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見表1.1:表1.1柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.C密度kg/m3導熱系數(shù)W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、 設計內(nèi)容熱量衡算及初步估算換熱面積；冷卻器的選型及流動空間的選擇；冷卻器的校核計算；結(jié)構(gòu)及附件設計計算；繪制帶控制點的工藝流程圖（A2）及冷卻器的工藝條件圖（A2）；編寫設計說明書。四、 廠址:長沙地區(qū)（大氣壓為10.28m水柱）五、 設計任務完成臥式列管冷卻器的工藝設計并進行校核計算，對冷卻器的有關(guān)附屬設備的進行設計和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖及設備的工藝條件圖，編寫設計說明書。六、設計時間安排二周：2013.5.20——2013.5.31長沙學院課程設計鑒定表姓名歐陽東曉學號2011032136專業(yè)生物工程班級1班設計題目年處理85000噸柴油冷卻器指導教師羅卓指導教師意見:評定等級：教師簽名：日期：答辯小組意見:評定等級：—答辯小組長簽名：— 日期：—教研室意見:教研室主任簽名：— 日期：—系（部）意見：系主任簽名： 日期：說明課程設計成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章固定管板式柴油冷卻器的設計 1\o"CurrentDocument"1.1設計任務 1\o"CurrentDocument"1.2設計條件 1\o"CurrentDocument"1.3設計要求 1\o"CurrentDocument"第2章固定管板式柴油冷卻器的設計一工藝計算書 1\o"CurrentDocument"2.1確定設計方案 22.1.1選定換熱器類型 22.1.2選定流體流動空間及流速 2\o"CurrentDocument"2.2確定物性數(shù)據(jù) 2\o"CurrentDocument"2.3計算總傳熱系數(shù) 22.3.1每小時處理柴油的能力 2\o"CurrentDocument"2.3.2熱流量 22.3.3冷卻水用量 32.3.4計算平均傳熱溫差 3\o"CurrentDocument"2.3.5總傳熱系數(shù)K 3\o"CurrentDocument"2.4.計算傳熱面積 4\o"CurrentDocument"2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 42.5.1管徑和管內(nèi)流速 42.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 42.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 52.5.4傳熱管排列和分程方法 52.5.5殼體內(nèi)徑 5\o"CurrentDocument"2.5.6折流板 5\o"CurrentDocument"2.5.7接管 5\o"CurrentDocument"2.6換熱器核算 62.6.1熱量核算 6\o"CurrentDocument"2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力 7\o"CurrentDocument"2.7附屬設備 82.7.1封頭的設計 8\o"CurrentDocument"2.7.2法蘭的設計 9\o"CurrentDocument"第3章?lián)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 11\o"CurrentDocument"3.1主要結(jié)構(gòu)尺寸 11\o"CurrentDocument"3.2符號說明 12第4章輔助設備計算結(jié)果 134.1油泵的設計 TOC\o"1-5"\h\z結(jié)論 14\o"CurrentDocument"致謝 15參考文獻 16第1章固定管板式柴油冷卻器的設計1.1設計任務處理能力：柴油85000噸/年設備形式：固定列管式換熱器1.2設計條件柴油：入口溫度：145°C，出口溫度：45°C；冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa，進口溫度20C，出口溫度36C）允許壓強降，不超過105Pa；每年按330天計；每天24h連續(xù)運轉(zhuǎn)。5.處理能力85000噸/年；設備型式：列管式換熱器。柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見表1.1:表1.柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.C密度kg/m3導熱系數(shù)W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.0006401.3設計要求完成臥式列管冷卻器的工藝設計并進行校核計算，對冷卻器的有關(guān)附屬設備的進行設計和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖及設備的工藝條件圖，編寫設計說明書。第2章固定管板式柴油冷卻器的設計一工藝計算書

2.1確定設計方案兩流體均為無相變，本設計按非標準系列換熱器的一般設計步驟進行設計。2.1.1選定換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度145°C,出口溫度45°C；冷流體(循環(huán)水)進口溫度20C，出口溫度36C。該換熱器用循環(huán)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，因此初步確定選用固定管板式換熱器。2.1.2選定流體流動空間及流速由于循環(huán)水易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用①25X2.5mm的碳鋼管⑴，管內(nèi)流速取ui=0.5m/s。2.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為T=(145+45)/2=95(C)管程流體的定性溫度為t=(20+36)/2=28(C)根據(jù)定性溫度分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)見表2.1：表2.1定性溫度下殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)物料比熱kJ/kg.C密度kg/m3導熱系數(shù)W/m.C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640資料來源《化工原理手冊》2.3計算總傳熱系數(shù)2.3.1每小時處理柴油的能力85000q85000q= mo330x24=10732kg/h2.3.2熱流量Q=qmoCMto=10732X2.56X103X(145-45)=2.7474X109J/h2.3.3冷卻水用量39933kg/h)39933kg/h)4.3x103x(36—20)2.3.4計算平均傳熱溫差A"_A,AA"_A,At (145-36)-(45-20) 84m ln^—iAt2i145-36ln 45-20=57C1.47（以逆流計算）2.3.5總傳熱系數(shù)K2.3.5.1管程傳熱系數(shù)⑵0.02x1.0x994[ls，故采用下式計算a =，故采用下式計算a6.4x10-4入氣=0.023『1八八小0.626 入氣=0.023『1八八小0.626 (0.02x0.5x994)=0.023x x0.020、c)=2930W/濟20.40.8(4.3x103x6.4x10-4)0.4I6.4x10-4 )0.6262.3.5.2殼程傳熱系數(shù)⑵假設殼程給熱系數(shù)ao=300W/(m2.°C)2.3.5.3污垢熱阻⑵R.=0.000344m2.°C/WR=0.000172m2.°C/W2.3.5.4.管壁的導熱系數(shù)⑵碳鋼的導熱系數(shù)X=45W/(m?°C)。2.3.5.5.總傳熱系數(shù)d,d,R o——+Rad.sid―o+ o-d Xdi]bd ]+RsWo]0.0.020°.°25 +0.000344x°.00252930x0.02+0.0025x0.025頊.000]72―45x0.0225 300=250w/2.4.計算傳熱面積QKTm=53.5QKTm=53.5武250x57.5x3600考慮15%的面積裕度，S'=1.15S'=1.15x53.5=61.5(m2)2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.5.1管徑和管內(nèi)流速選用中25x2.5mm的碳鋼換熱管［1］，管內(nèi)流速七=0.5m/s2.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)V39933/(994x3600)ns=K=0.785x0.022x0.5”72(根)4d2u.按單管程計算所需換熱管的長度L=—= 61.53 =10.89(m)ns兀do72x3.14x0.025按單管程設計，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為十L=誓"觀傳熱管的總根數(shù)N=72x2=144（根）2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)⑵P=二二L=0.128T1—11 145-20按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程(p—P—R圖[1]，得4=0.81>0.8。于是At=0.81x39=46.21C。2.5.4傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距。=1.25氣,則a=1.25x25=32mm橫過管束中心線的管數(shù)氣=1.19jN=1.19j遠=15(根)2.5.5殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7，則殼體內(nèi)徑[3]D=1.05a(N/門=1.05x32x,144/0.7=4819(mm)圓整取d=500mm2.5.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25x500=125(mm)，取h=125mm。取折流板間距為B=0.3D，則B=0.3x500=150(mm)，取B=150mmN=傳熱管長 —1=3720.24—1=塊)折流板數(shù)b-折流板間距 —110 -(六)折流板圓缺水平面裝配⑶2.5.7接管殼程流體(原油)進出口接管：取接管內(nèi)原油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑x '4V ：4x10732/(860x3600)d=、：——=,， =0.066(m)一、兀U 3.14x1.0取標準管徑為075.5mmx3.75mm[1]管程流體(水)進出口接管，取接管內(nèi)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑4V ,'4x39933 /(3600x994)八…,——=、， =0.145(m丸u 3.14x1.5

取標準管徑為 0165mmx4.50mm[1]2.6換熱器核算2.6.1熱量核算(1)殼程對流傳熱系數(shù)對于圓缺形折流板，可采用凱恩公式⑵…0.36；rdupF…0.36；rdupF5f~^r°eI^當量直徑由正三角形排列得弓*2-[d

-o殼程流通截面積、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)殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為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歸1旦w圓缺型擋板時，a=0.36xo0.140x47250.55x16.18：x1=625.65W/(m2?°C)0.020(2)管程對流傳熱系數(shù)⑵a=0.023土RewPrwidi管程流通截面積0.785x0.0201440.0226(m2)管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為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)傳熱系數(shù)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)傳熱面積2.7474x109S=QKAtm該換熱器的實際換熱面積37405x3600x46.2=38.82(m2)=KdIN=3.14x0.025xo該換熱器的面積裕度為-0.06)X(44-15)=60.15(m2)Sp-Sx100%S44.1100%就36.16%換熱面積裕度合適，能夠滿足設計要求。2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力(1)管程流動阻力￡AP=(AP+AP)FNNi 1

(Ft結(jié)垢校正系數(shù)，％管程數(shù)，Ns殼程數(shù))取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則1=0.005，d而Re=15344，查圖得X.=0.037Lpu2 i-d_ 2pU2

x——i20.037994x 6x 0.02x0.52994x0.52372.75Pa1309.8Pa對@5x2.5mm的管子有F=1.4,且管程=2,殼程N=1ZAP.="+AP2?NN=(309.8+372.7)x1.4x2=4711Pav105Pa管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。(2)對殼程有折流擋板時，計算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計算比較麻煩，而且對換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細。工程計算中常采用Esso法，該法的計算公式［4］如下：蘭AP=\AP;+AP2*N(Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對液體Fs=1.15,Ns為殼程數(shù))流體流經(jīng)管束的阻力［4］AP'、=Ffn(N+1)既1ocB2F為管子排列方式對壓強降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5,正方形直列E=0.3，正方形錯列時，F(xiàn)=0.5。f為殼程流體的摩擦系數(shù)，當Re>500時，f=5.0Re-0.228=5.0x(4275)-0.228=0.743i為橫過管束中心線的管數(shù)，n「=15。 0 0折流板數(shù)NB=39AP'1=0.5x0.743x15x(39+1)x860[0.222=4639Pa流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距AP'=N2 B流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距AP'=N2 Bf3.5-史IID)B=150mm,D=500mm2x0.151pU2

o-239+2354)x1.15x1=6994Pav105Pa=39x3.5I0.5 )860x0.222x =2354PaZApo該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設計的換熱器合適。2.7附屬設備2.7.1封頭的設計選用標準［5］:選取橢圓形封頭(JB1153-73)具體尺寸見圖2.1及表2.2

圖2.1橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖表2.2封頭Dg4004,JB1154-73公稱直Dg g—曲面高h1直邊高度h2厚度（5(mm)(mm)(mm)(mm)5001252542.7.2法蘭的設計容器法蘭的選擇：選用標準：JB4700?4707-2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見圖2.2。

圖2.2PN=0.25MPa甲型平焊法蘭管法蘭的選擇選用標準⑸:HG20593-97板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）。具體尺寸見圖2.3。圖2.3PN=0.25MPa板式平焊鋼制法蘭（PL）

第3章?lián)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果3.1主要結(jié)構(gòu)尺寸換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見表3.1表3.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果法蘭內(nèi)螺栓孔直徑L/mm法蘭外徑D/mm法蘭厚度C/mm管子直徑A/mm1徑B/mm螺栓孔中心圓公稱直徑直徑K/mmDN/mm殼程進出口75.588.9110501414016管程進出口165170.52251501826520

換熱器型式：帶熱補償非標準的固定管板式管子規(guī)格925x2.5mm管數(shù)144根管長6m換熱面積：60m2間距mm32排列方式正三角形工藝參數(shù)折流板型式上下間距150mm切口25%設備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑500mm保溫層厚度無需保溫物料名稱循環(huán)水柴油接管表操作壓力MPa0.40.3序號尺寸用途連接型式操作溫度°C20/36145/451Dn100循環(huán)水入口平面流量kg/h39933107322Dn100循環(huán)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?zhèn)鳠崃縦W2.74747x106附工藝條件圖（略）總傳熱系數(shù)W/m2-K374.5對流傳熱系數(shù)W/m2-K2905625污垢熱阻，m2*K/W0.0003440.000172阻力降MPa0.0047110.004639程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼3.2符號說明英文字母B—折流板間距,m；d—管徑,m；D—換熱器外殼內(nèi)徑,m；F—摩擦系數(shù)；h—圓缺高度，m；K—總傳熱系數(shù)，W/（m2?oC）；L—管長，m；N—管程;N—折流板數(shù)；BP—壓力，Pa；Pr—普蘭特準數(shù)；R—熱阻，m2.°C/WRe一雷諾準數(shù)；S—傳熱面積，m2；T—熱流體溫度，oC；t—冷流體溫度，oC；u—流速，m/S；W一質(zhì)量流量，Kg/S；希臘字母a一對流傳熱系數(shù)；W/（m2?oC）；△一有限差值；—導熱系數(shù)，W/（m2?oC）；p—粘度，Pa-s；p—密度，Kg/m3；下標c—冷流體；h—熱流體；i—管內(nèi)；m一平均；o—管外；s—污垢；Ft一結(jié)垢校正系數(shù)，對于425x2.5mm的管子，取1.4Np---管程數(shù)Ns一殼程數(shù)課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術(shù)發(fā)展的日新日異，換熱器已經(jīng)成為當今工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設備，在生活中可以說得是無處不在。因此作為油氣儲運專業(yè)的大學來說掌握換熱器的開發(fā)技術(shù)是十分重