1、長沙學(xué)院長沙學(xué)院課程設(shè)計說明書題目柴油冷卻器設(shè)計系(部)生物工程與環(huán)境科學(xué)系專業(yè)（班級）11級生物營養(yǎng)1班姓名歐陽東曉學(xué)號2011032136指導(dǎo)教師羅卓起止日期2013.5.2 2013.5.31長沙學(xué)院系主任 張建社 _ 指導(dǎo)教師_ 卓 _ 學(xué)生歐陽東曉 _編號：1.031.03一、設(shè)計題目名稱：年處理8500085000噸柴油油冷卻器的設(shè)計二、設(shè)計條件：1柴油：入口溫度：145C，出口溫度：45C；2冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa,進口溫度20C，出口溫度36C）3允許壓強降，不超過105Pa；4每年按330天計；每天24 h連續(xù)運轉(zhuǎn)。5.處理能力85000噸/年；6.設(shè)備型式：列管

2、式換熱器。7.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(dǎo)熱系數(shù)W/m. C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640二、設(shè)計內(nèi)容1.熱量衡算及初步估算換熱面積；2.冷卻器的選型及流動空間的選擇；3.冷卻器的校核計算；4.結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計計算；5.繪制帶控制點的工藝流程圖（A2）及冷卻器的工藝條件圖（A2 ）；6.編寫設(shè)計說明書。四、廠址：長沙地區(qū)（大氣壓為10.28m10.28m水柱） 五、設(shè)計任務(wù)完成臥式列管冷卻器的工藝設(shè)計并進行校核計算，對冷卻器的有關(guān)附屬設(shè)備的進行設(shè)計

3、 和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖及設(shè)備的工藝條件圖，編寫設(shè)計說明書。六、設(shè)計時間安排 二周：2013.5.202013.5.31長沙學(xué)院長沙學(xué)院課程設(shè)計鑒定表姓名歐陽東曉學(xué)號2011032136專業(yè)生物工程班級1班設(shè)計題目年處理85000噸柴油冷卻器指導(dǎo)教師羅卓指導(dǎo)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：一系（部）意見：系主任簽名：日期：說明 課程設(shè)計成績分 優(yōu)秀” 良好” 及格” 不及格”四類；長沙學(xué)院i目錄第1 1章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計 . 1 11.1設(shè)計任務(wù). 11.2設(shè)計條件.

4、11.3設(shè)計要求. 1第2 2章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計一工藝計算書 . 2 22.1確定設(shè)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 . 22.2確定物性數(shù)據(jù). 22.3計算總傳熱系數(shù). 22.3.1每小時處理柴油的能力 . 22.3.2熱流量. 32.3.3冷卻水用量. 32.3.4計算平均傳熱溫差. 32.3.5總傳熱系數(shù)K. 32.4.計算傳熱面積 . 42.5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. 52.5.

5、6折流板. 52.5.7接管. 52.6換熱器核算. 62.6.1熱量核算. 62.6.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力 . 72.7附屬設(shè)備. 82.7.1封頭的設(shè)計. 82.7.2法蘭的設(shè)計. 9第3 3章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 . 11113.1主要結(jié)構(gòu)尺寸 . 113.2符號說明 . 12結(jié)論 . 1414致謝 . 1515長沙學(xué)院ii參考文獻 . 1616長沙學(xué)院1第1章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計1.1設(shè)計任務(wù)1.處理能力：柴油85000噸/年2.設(shè)備形式：固定列管式換熱器1.2設(shè)計條件1.柴油：入口溫度：145C，出口溫度：45C；2冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（P為0.3MPa,進口溫度20

6、C，出口溫度36C）3.允許壓強降，不超過105Pa；4.每年按330天計；每天24 h連續(xù)運轉(zhuǎn)。5.處理能力85000噸/年；6.設(shè)備型式：列管式換熱器。7.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(dǎo)熱系數(shù)W/m. C粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.0006401.3設(shè)計要求完成臥式列管冷卻器的工藝設(shè)計并進行校核計算，對冷卻器的有關(guān)附屬設(shè)備的進行設(shè)計 和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖及設(shè)備的工藝條件圖，編寫設(shè)計說明書。長沙學(xué)院2第2章固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計一工藝

7、計算書2.1確定設(shè)計方案兩流體均為無相變，本設(shè)計按非標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器的一般設(shè)計步驟進行設(shè)計。2.1.12.1.1選定換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度145C,出口溫度45C；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。2.1.22.1.2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(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用25X 2.5mr的碳鋼管1，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

8、。殼程油的定性溫度為T= (145+45) /2=95C)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(dǎo)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)2.3.12.3.1每小時處理柴油的能力85000qmo=33024-10732kg / h長沙學(xué)院3Qmi_ QCpi Lt i2,7474 漢 1094.3_10_(36 - 2

9、0)二 39933kg / h)，tm(145-36)-(45-20)In145 36841.47= 57C(以逆流計算)45-200.8假設(shè)殼程給熱系數(shù):o - 300W/ ( nfC)2.3.22.3.2熱流量Q=qmOCPo t o=10732X 2.56 X 103X( 145-45) =2.7474 X 1oJ/h2.3.32.3.3冷卻水用量2.3.42.3.4計算平均傳熱溫差2.3.52.3.5總傳熱系數(shù)K2.3.5.12.3.5.1管程傳熱系數(shù)2廠 du Pi 0.02 漢 1.0 匯 994Re415531,故采用下式計算a山6.4100.40. 023 d二 2930W/

10、m2 C2.3.5.22.3.5.2殼程傳熱系數(shù)22.3.5.32.3.5.3污垢熱阻2Rsi 二 0. 000344m2C/W2Rso = 0. 000172m C/W2.3.5.42.3.5.4管壁的導(dǎo)熱系數(shù)2碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)慣=45W/ (m - C)0.626X*0. 02 漢 0. 5 漢 994、4. 3 漢 103 漢 6. 4 漢 10一4 0. 020、6.4x10*0.81 0.626 /10. 4二 0. 023.比 .Vt2 t2長沙學(xué)院40. 025293007020. 000344 淬0. 0200. 00250. 025+ -450. 02250. 00017213

11、00ns10 . 89 ( m)2.3.5.52.3.5.5總傳熱系數(shù)1乂Rsi空些R。丄i1didm:- o=250=250W / m2 C2.4計算傳熱面積考慮 15%的面積裕度，S，= 1. 15S = 1. 1553. 5 = 61.5( m2)2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.5.12.5.1管徑和管內(nèi)流速選用叮25 2.5mm的碳鋼換熱管1，管內(nèi)流速ui =0.5m/s2.5.22.5.2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 /（ 994 3600）屮272；根）.20.785 0. 020.5di Ui4按單管程計算所需換熱管的長度_61 . 53723 . 14

12、0 . 025按單管程設(shè)計，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長I =6m，則該換熱器的管程數(shù)為Np十詈2管程）傳熱管的總根數(shù)N = 722二144（根）QKtm2.7474710925057. 53600-53. 5tf長沙學(xué)院5t2 _t iT1 -J36- 20145- 20= 0.128145- 4536 - 206.25折流板數(shù)傳熱管長折流板間距3720 .24110-1 = 33（塊）2.5.32.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)2按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程- P - R圖1,得 =0.81 . 0.8。于是:t 二 0. 8139 = 46.21 C。2.5.42.5.4傳熱管排列和分程方法

13、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a=1.25d。，則 a =1.25 25 32mm橫過管束中心線的管數(shù)nc = 1.19-.N = 1. 19 14415（根）2.5.52.5.5殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 0.7，貝U殼體內(nèi)徑D =1. 05a、N/ H =1. 05x32 匯144/ 0. 7 = 481.9（mm圓整取D = 500mm2.5.62.5.6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 = 0.25 x 500 = 125 mm）取 h = 125mm取折流板間距為 B =0.3D，貝y

14、B = 0. 3500 二 15Qmm）取 B = 150mm折流板圓缺水平面裝配3 2.5.72.5.7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,/4V4 工 10732 /（ 860 疋 3600 ）d0. 066（ m）V nu 3. 14 x 1. 0取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 ？75.5mm 3.75mnV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t2 -t1長沙學(xué)院6439933/ ( 3600V3. 14 X 1 . 5994 )=0. 145( m)取標(biāo)準(zhǔn)管徑為165mm 4.50mm12.6換熱器核算2.6.12.6.1熱量核算(

15、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20.551/30.14Cpoi當(dāng)量直徑由正三角形排列得兀20.02524do3.14 0.025= 0.020(m)殼程流通截面積S。= BD 1do = 0.15 x 0.5 漢(1 0025= 0.0164(m2) 丿I 0.032丿殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為Uo10732/( 3600860)二 0. 220( m/s)0.0164Re。0.。2022。860 = 42758.8510 4Pro2056 1038.8510-4二 16. 180. 14黏度校正(為0.14 1w1圓缺型擋板時，亠=0.36 0上40 4725

16、0.5516. 1831 = 625. 65W/(卅-C)0. 020(2)管程對流傳熱系數(shù)2:i =0.02LRe0.8 Pr0.4di管程流通截面積42 打 240.0322長沙學(xué)院7doRsidobRsodi dm so0. 0250.00034429050. 0200. 0250. 00250. 02510. 0001720. 020450. 02256262374. 5W/( m C（4）傳熱面積Kt m2. 747410937405360046.2=38. 82*)該換熱器的實際換熱面積Sp =兀dIN =3.14天 0.025漢（6 0. 06“（14415）= 6Q 15后）該

17、換熱器的面積裕度為Sp - S29 . 38 44 . 1Hp100 %100 % 36. 16 %S44 . 1換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計要求。262262換熱器內(nèi)流體的流動阻力（1）管程流動阻力絆=護只巴FtNpNs（ Ft結(jié)垢校正系數(shù)，Np管程數(shù)，Ns殼程數(shù)）取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，貝U 0.005，而Re = 15344，查圖得）=0.037 dSi = 0.7850. 020 214 二 0.0226 (m2)i 2管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為Ui39933/( 9943600)0. 0226=0. 494( m/s)Re0.0200.4949946.4 x

18、10-4=15344. 87Pri4.3 103 6.4 10-40. 626=4. 40:-i=0.02時diUi R= 0.02306261534申84.400.40. 0202二 2905W/ (m C)（3）傳熱系數(shù)K0. 8CpiH長沙學(xué)院8AP 2 = NB 3.5 2B MD=39 漢 3. 5 -2.15860.燈二 2354 Pa0. 5_、 LPu.: P1= idi226994 漢 0. 52= 0.0371309 . 8Pa0. 02 2P2=： Ui=2 2994 x 0. 523372 . 75 Pa2對 樞5 2.5mm的管子有Ft -1.4,且管程N）= 2 ,

19、殼程飩=1瓦 苛 =（妙 +妒2 Ft NpNs = （1309 8 +372 7）如 4 漢 2 = 4711Pa c 105Pa管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。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：、Po = .Q1P2 FtNs（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對液體Fs=1.15, Ns為殼程數(shù)）Pl2流體流經(jīng)管束的阻力401二Ff。nc NB TF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F =0

20、.3，正方形錯列時，F(xiàn)=0.5。fo為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re A 500時，fo = 5. 0R6。0.228 = 5. 0疋（4275廣228 = 0. 743 nc為橫過管束中心線的管數(shù)，rc =15。折流板數(shù)NB = 39860 x 0 222.P1 = 0.50. 743 15 （39 - 1）4639Pa2流體流經(jīng)折流板缺口的阻力折流板間距，B=150mm,D=500mm、：po 二 43923541. 151 工 6994 Pa ： 105Pa該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計的換熱器合適。2.7附屬設(shè)備2.7.12.7.1封頭的設(shè)計選用標(biāo)準(zhǔn)5:選取橢圓形封頭（JB1

21、153-73）具體尺寸見圖2.1及表2.2長沙學(xué)院9圖2.1橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖表 2.2 封頭 Dg4007,JB1154-73公稱直Dg(mm)曲面咼hi(mm)直邊高度h2(mm)厚度S(mm)5001252542.7.22.7.2法蘭的設(shè)計容器法蘭的選擇：選用標(biāo)準(zhǔn)：JB47004707-2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見圖 2.2長沙學(xué)院106ill管法蘭的選擇選用標(biāo)準(zhǔn)：HG20593-97板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）。具體尺寸見圖2.3A1其余&圖2.2 PN=0.25MPa甲型平焊法蘭圖2.3 PN=0.25MPa板式平焊鋼制法蘭（PL）長沙學(xué)院11第3章?lián)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺

22、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)法蘭外管子直徑A/mm徑B/mm螺栓孔中心圓直徑K/mm公稱直徑DN /mm螺栓孔直徑 L /mm徑D /mm法蘭厚度C /mm殼程進出口75.588.9110501414016管程進出口165219.11701001821018長沙學(xué)院12換熱器型式：帶熱補償非標(biāo)準(zhǔn)的固定管板式管子規(guī)格 25X 2.mm5管數(shù)144根管長6m換熱面積：60m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(shè)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

23、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/W0.000344 0.000172阻力降MPa0.004711 0.004639程數(shù)21推薦使用材料:碳鋼碳鋼附工藝條件圖(略)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

24、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；長沙學(xué)院13NB折流板數(shù)；P壓力，Pa；Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)；R 熱阻，m1 2?C/WRe雷諾準(zhǔn)數(shù)；2S傳熱面積，m ;T 熱流體溫度，C;t 冷流體溫度，C ；u 流速，m/S;W質(zhì)量流量，Kg/S;希臘字母a對流傳熱系數(shù)；W/ (m2 C)；有限差值；入導(dǎo)熱系數(shù)，W/ (m2 C)； 卩粘度，Pas；P密度，Kg/m3 ；下標(biāo)c冷流體；h熱流體；1 管內(nèi)；m 平均；o管外；S污垢；Ft結(jié)垢校正系數(shù)，對于25 2.5mm的管子,取1.4Np-管程數(shù)Ns 殼程數(shù)長沙學(xué)院14結(jié)論這次的課程設(shè)計花了兩周時間，經(jīng)過了計算、核算、畫流程圖和換熱器圖等步驟。幾乎每 個步驟都經(jīng)過了這樣那樣一系列的問題，然后翻書找資料跟同學(xué)討論花了不少時間和精力才 把問題弄清楚，尤其是畫換熱器的圖，每個地方都經(jīng)過了無數(shù)次的修改才得以完成。課程設(shè) 計真的認真做下來比上課可吃力多了，但是同時