柴油加热器设计说明书(编辑修改稿)

柴油加热器设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

3。 （ 1）支座的设计选型 十 ． 设计计算结果汇总表 十一 ． 设计总结 十 二 .主要符号说明 十三 .参考文献 齐齐哈尔大学 机电工程学院 3 页 30 齐齐哈尔大学 工 原 理 课 程 设 计 任 务 书 专业：过程装 备与控制工程 班级： 姓名：何 . 学号： 202011„„ 1. 设计题目：原油加热器的设计 2. 操作条件： （ 1）处理量： 柴油处理量： 34000kg/h 原油处理量： 44000kg/h （ 2） 设备型式： 浮头式换热器 （ 3） 操作条件： 柴油： 进口温度： 175℃ 原油： 进口温度： 70℃ 出口温度。 110℃ 设计条件： （ 1）：两侧污垢热阻为 m℃ /w （ 2）：管程两侧压降小于或等于 at,壳程小于 at （ 3）：热损失 5% ，完成生产任务。 齐齐哈尔大学 机电工程学院 4 页 30 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体 的设备，又称 热交换器。 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。 在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。 换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。 换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工 艺设备的 20%有的甚至高达 30%，其重要性可想而知。 管壳式 管壳式换热器 是一个量大而品种繁多的产品，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。 我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。 钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，一些制造单位已较好的掌握 了钛材的加工制造技术。 浮头换热器的 浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 齐齐哈尔大学 机电工程学院 5 页 30 在设计时必须考虑浮头管板的外径 Do。 该外径应小于壳体内径 Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙 b1=3~5mm。 这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。 以便于进行检修、清洗。 浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。 钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。 随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的 积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。 钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。 浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。 尽管受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。 故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。 优缺点 优点： （ 1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （ 2）介质间温差不受限制； （ 3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于 450 度，压力小于等于 兆帕； （ 4）可用于结垢比较严重的场合； （ 5）可用于管程易腐蚀场合。 齐齐哈尔大学 机电工程学院 6 页 30 三 、设计条件及主要物性 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 （℃） 柴 油 （管内） 34000 175 原油 （管外） 44000 70 110 Qy =Qc Wy Cpy(T1－ T2) = Wc Cpc (t1－ t2) 44000 （ 110－ 70） =34000 （ 175－ t2） 柴油出口温度： t2=≈ 127 ℃ 可取流体进出口温度的平均值。 管程 柴油 的定性温度为 1512 127175 T ℃ 壳程 原油 的定性温度为 90211070 t ℃ 流体有关物性数据 根据由上面两个定性温度数据，查阅 参考书可得原油和柴油 的物理性质 原油 在 90℃，下的有关物性数据如下： 物性 密度 ρ i （ kg/m3） 比热容 cpi [kJ/(kg℃ )] 粘度 μ i （ Pa s） 导热系数 λ 0 （ Wm 1℃ 1） 原油 815 103 柴油 在 151℃的物性数据如下： 物性 密度 ρ o （ kg/m3） 比热容 cpo [kJ/(kg℃ )] 粘度 μ o （ Pa s） 导热系数 λ i（ Wm 1℃ 1） 柴油 715 103 四 、确定设计方案 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，以采用 参 数 齐齐哈尔大学 机电工程学院 7 页 30 Fe系列的浮头式列管换热器为宜。 采用折流挡板，可使作为被冷却的原油 易形成 湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。 柴油温度高，走管程课减少热损失，原油黏度较大，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。 五 、 估算传热面积 Q= 106 KJ/h= 106W 平均传热温差 mt = 2 )()( 1221 tTtT  =61℃ 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 Ki‘ =250 W m2℃ 1。 根据《传热传质过程设备设计》 P14， 公式 12，则估算的传热面积为 0 6m39。  i iK QA 估 m2 六 ．工程结构尺寸 管径和管内流速 选用φ 25 的传热管 (碳钢管 8631 密度 7850kg/m179。 )；由 《化工原理及设备课程设计 》 主编（李芳） P4表 1－ 1得管壳式换热器中常用的流速范围的数据， 粘性液体流速为（ m/s） 可设 流速 u＝ 1m/s，用 u计算传热膜系数，然后进行校核。 管程数和传热管数 8 )3 6 0 07 1 5/(3 4 0 0 0422 iiisudVn  (根 ) 按单程管计算，所需的传热管长度为  sindSL  m 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。 现取传热管长 l= 7 m ，则该换热器管程数为 Np=L / l=≈ 4（管程） 传热管总根数 N = 42 4= 168 （根）。 单根传热管质量 0m l d   钢 ＝ 7850 7 = 平均传热温差校正及壳程数 依《化工单元操作 课程设计》 主编（柴诚敬） P61 齐齐哈尔大学 机电工程学院 8 页 30 平均 传热温差校正系数 R＝70110 12717512 21  tt TT＝ P＝70175 7011011 12  tT tt＝ 依 《化工单元操作 课程设计》 主编（柴诚敬） P53， 表查得 ， t △ tm= t △t m’ =61 = ℃ 由于平均传热温差校正系数大于 ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 传热管的排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均 按 正四边形 排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。 查《化工原理课程设计指导 》 主编（任晓光） P20， 管间距，取管间距： t ＝ ==32 mm。 P22 S=t/2+6=32/2+6=22 mm 取各程相邻管的管心距为 44mm。 壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 η =，由《 化工原理课程设计指导 》 主编（任晓光）P33，得壳体内径为 齐齐哈尔大学 机电工程学院 9 页 30 D = /n = 32 , 查阅《 化工原理课程设计指导 》 P33：热交换器 标准尺寸 ，取 D =600mm。 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆缺高度为h= 600=150 mm ，故可取 h=150 mm。 上书 P34 取折流板间距 B=，则 B= 600=360 mm。 取板间距 H＝ 150mm，则： 折流板数 NB=折流板间距 传热管长－ 1= 3607000 － 1=≈ 19 块 折流板圆缺面水平装配。 由 《 化工设备机械基础 》 P215 710知 选择 直径为 10mm的拉杆 4根。 （ 1）壳程流体进出口接管 取接管内液体流速 u1=, )8153600/(4400044 11   uvD =(m) 圆整后取管 内直径为 200mm.。