煤油臥式列管式冷卻器的設(shè)計(jì)

1、煤油臥式列管式冷卻器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1.處理能力：19.8×105t/a煤油；2.設(shè)備形式：臥式列管式換熱器。二、操作條件1.煤油：入口溫度140，出口溫度40；2.冷卻介質(zhì)：為循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度40；3.允許壓降：不大于105Pa；4.煤油在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)5.每天按330天，每天按24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。三、設(shè)計(jì)要求選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。附：煤油列管式冷卻器的設(shè)計(jì)工藝計(jì)算書(shū)煤油臥式列管式冷卻器的設(shè)計(jì)工藝計(jì)算書(shū)兩流體均為無(wú)相變，本設(shè)計(jì)按非標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器的一般設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。一、確定設(shè)計(jì)方案（一）選定換熱器類(lèi)型兩流體溫度變化情況：熱流體（煤油）入口溫度為14

2、0，出口溫度為40；冷流體（冷卻水）入口溫度為30，出口溫度為40。兩流體的定性溫度如下：煤油的定性溫度冷卻水定性溫度兩流體的溫差，（>50，<70）因該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)冷卻水進(jìn)口溫度會(huì)降低，因此殼體壁溫和管壁溫相差較大，故選用帶膨脹節(jié)的列管式換熱器（二）選定流體流動(dòng)空間及流速因循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于污垢清洗，故選定冷卻水走管程，煤油走殼程。同時(shí)選用的碳鋼管，管內(nèi)流速取m/s（若按常用流速1.5m/s計(jì)算，可以得出所需管程數(shù)為6，換熱器小而管程數(shù)過(guò)多使換熱器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且動(dòng)力消耗增大，設(shè)計(jì)時(shí)不能按教科書(shū)按部就班）。二、確定物性數(shù)據(jù)查化工原理附錄，兩流體在定

3、性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表物性流體定性溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·)煤油908250.7152.220.14冷卻水359940.7284.1740.626三、計(jì)算總傳熱系數(shù)（一）計(jì)算熱負(fù)荷（熱流量）按管間煤油計(jì)算，即（二）冷卻用水量忽略熱損失，則水的用量為（三）計(jì)算逆流平均溫度差逆流溫差（四）總傳熱系數(shù)K1.管程給熱系數(shù)，故采用下式計(jì)算2.殼程給熱系數(shù)假設(shè)殼程給熱系數(shù)3.污垢熱阻4.管壁的導(dǎo)熱系數(shù)碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。5.總傳熱系數(shù)四、估算傳熱面積考慮15%的面積裕度，五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速選用的碳鋼換熱管，管內(nèi)流速

4、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)（根）按單管程計(jì)算所需換熱管的長(zhǎng)度按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)，則該換熱器的管程數(shù)為（管程）傳熱管的總根數(shù)（根）3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程圖，因在圖上難以讀取，因而相應(yīng)以代替R，PR代替P，查同一圖線得。于是。單殼程雙管程屬于1-2折流，現(xiàn)用1-2折流的公式計(jì)算平均溫度差現(xiàn)對(duì)上述查圖方法進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于1-2折流有：令，則，。將R、P以代入上式得顯然，用對(duì)作圖應(yīng)為同一圖線。本設(shè)計(jì)取有效對(duì)數(shù)平均溫度差為。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，則橫過(guò)

5、管束中心線的管數(shù)（根）5.殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整取。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，取。取折流板間距為，則，取。折流板數(shù)（塊）折流板圓缺水平面安裝。7.接管殼程流體（煤油）進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑為100mm。管程流體（循環(huán)水）進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑（取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm）六、換熱器核算（一）熱量核算1.殼程對(duì)流給熱系數(shù)對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公式當(dāng)量直徑由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為2.管程對(duì)

6、流給熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為3.傳熱系數(shù)K4.傳熱面積該換熱器的實(shí)際換熱面積面積裕度為換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。（二）換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1.管程流動(dòng)阻力（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，則，而，查圖得對(duì)的管子有管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。2.殼程流動(dòng)阻力對(duì)殼程有折流擋板時(shí)，計(jì)算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計(jì)算比較麻煩，而且對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細(xì)。工程計(jì)算中常采用Esso法，該法的計(jì)算公式如下：（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)液體Fs=1.

7、15，Ns為殼程數(shù)）流體流經(jīng)管束的阻力F為管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形錯(cuò)列時(shí)，。為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)為橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，。折流板間距，折流板數(shù)流體流經(jīng)折流板缺口的阻力該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計(jì)的換熱器合適。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算結(jié)構(gòu)換熱器型式：帶熱補(bǔ)償非標(biāo)準(zhǔn)的固定管板式管子規(guī)格25×2.5管數(shù)474根管長(zhǎng)6m換熱面積：208.9m2管間距,mm32排列方式正三角形工藝參數(shù)折流板型式上下間距，300mm切口25%設(shè)備名稱(chēng)管程殼程殼體內(nèi)徑900mm保溫層厚度無(wú)需保溫物料名稱(chēng)循環(huán)水煤油接管表操作壓力，MPa0.40.3序號(hào)尺寸用途連接型式操作溫度，30/40140/401DN200循環(huán)水入口平面流量，kg/s36.936.9442DN200循環(huán)水出口平面密度，kg/m39948253DN100煤油入口凹凸面流速，m/s0.4990.1434DN100煤油出口凹凸面?zhèn)鳠崃?，kW15405DN2