柴油冷却器设计说明书.doc

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1、柴油冷却器设计说明书学院：机电工程学院班级：过控112姓名：高金欣学号：2011112053日期 ： 目录一设计任务书2二物性参数的确定 2 三. 确定设计方案21 选择换热器的类型22 流程安排2四 估算传热面积21. 传热器的热负荷32. 平均传热温差33. 传热面积估算3五 工艺结构尺寸31. 管径和管内流速32. 管程数和传热管数33. 平均传热温差校正和壳程数44. 传热管排列和分程方法45. 壳程内径46. 折流板47. 其他附件58. 接管5六换热器核算5 1.传热能力核算 （1）管程传热膜系数5 （2）污垢热阻和管壁热阻6 （3）壳程对流传热膜系数6 （4）总传热系数K6 （5

2、）传热面积裕度72.换热器内流体的流动阻力7 （1）管程流动阻力7 （2）壳程流动阻力8七换热器主要工艺结构尺寸和计算结果表8八设备参考数计算9 1.壳体壁厚92.接管法兰93.设备法兰94.封头管箱95.设备法兰用垫片106.管法兰密封用垫片107.管板108.支座109.设备参数总表11九. 参考文献11十学习体会与收获12一、设计任务书1.设计任务书和设计条件柴油36000kg/h由180被冷却到130与油品换热，以回收其热能，油品进出口温度为60和110。两侧污垢热阻为0.0002 m2/w ，初设K=270 w/ m2 。 二、物性参数的确立柴油 ：进口温度th1：180 出口温度t

3、h2：130定性温度：tm柴=油品： 进口温度tc1：60 出口温度tc2：110定性温度：tm油 =密度粘度比热导热系数油品柴油8607155.20.642.22.482.20.133三、设计方案的确立1选择换热器的类型由于tm柴tm油=15585=7050 ，所以选用浮头式换热器为宜。2流程安排 由于油品粘度大，为了减小损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程，油品走壳程。四、估算传热面积1换热器的热负荷Q =WhCp.h(th1-th2)=360002.48103(180-130)/3600 =1.24106 W 2.平均传热温差先按逆流180130 1106070 70 3.传热面积估

4、算 K =270W/ m2 S估= 因为tm柴tm油=15585=7050，所以需要考虑热补偿。S实=1.265.6=78.72 m2五工艺结构尺寸 1.管径和管内流速选用252.5mm的传热管(碳钢管)，设管内流速ui1m/s。 2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程管传热管数(根)按单管程计算，所需的传热管长度为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= 6 m ，则该换热器管程数为Np=L / l=18.6/6=3.14（管程）传热管总根数 N = 454= 180 （根）。3.平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R1P0.42 温度校正系数为 =

5、0.92平均传热差校正为tm=tm =0.9270=64.4 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。4.传热管的排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按旋转45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。取管间距：t 1.25d=1.25x25=32 mm 。隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22 mm取各程相邻管的管心距为44mm。 【1】5.壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率=0.7，得壳体内径为 Di =1.05t=1.0532=538

6、mm , 圆整可取Di =600mm。6.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=0.25600=150 mm ，故可取h=150 mm。取折流板间距B=0.4Di，则B=0.4600=240 mm。取板间距H150mm，则：折流板数 NB=1=124 块折流板圆缺面水平装配。7.其他附件选取拉杆直径为12mm，拉杆数量为4根，壳程入口应设置防冲挡板。8接管（1）壳程流体进出口接管 取接管内液体流速u1=1.6m/s, =102mm圆整后取管内直径为100mm.(2) 管程流体进出口接管 取接管内液体流速u2=1.6m/s,圆整后取管内直径为100m

7、m六换热器核算1.传热能力核算 （1）管程传热膜系数4.08.0PrRe23.0iidla= 【2】其中：管程流体流通面积Si =0.01413 m2管程空气的流速及其雷诺数分别为ui =0.989m/sRe22097普兰特准数Pr =11.9因此，管程空气的传热膜系数a i为a i = ii0.023220970.811.90.4=960.9W/(m2)(2) 污垢热阻和管壁热阻污垢热阻Rdi=Rdo=0.0002 m2/w碳钢导热系数50W/m(3) 壳程对流体传热膜系数对于圆缺形折流板，可采用克恩公式。其中： 【2】 黏度校正为=1.05 当量直径为 壳程流通截面积为 壳程流体流速及其雷

8、诺数分别为 Reo1857.6 普朗特准数Pr =96.1 因此，壳程水的传热膜系数为=479.2 W/(m2)（4）总传热系数K0.0002=0.003841解得：260.3 W/ (m2)(5)传热面积裕度QiSitm得：SiQi/(tm)73.9 m2该换热器的实际传热面积SpSp=3.140.056108=84.8 m2该换热器的面积裕度为=14.7%2.换热器内流体的流动阻力（1）管程流动阻力 取Ns=1 Np=4 Fs=1.5 由=22097,传热管相对粗糙度，查图得，流速ui=0.989m/s, ,所以 ， 总阻力=（4196+1049）141.5=Pa管程流体阻力在允许范围之内

9、。（2）壳程流动阻力 正方形错列 F=0.5 ，Fs 对液体可取为1.15；Ns=1 NB=24 0=0.416m/s 0=51857.6-0.228=0.8987 故P1=0.50.898715.24(24+1)0.4162860/2=12739.8Pa 流体经过折流板缺口的阻力损失： P2=NB(3.5-2B/D)2/2 B=0.24 D=0.60 P2=24(3.5-20.24/0.6)0.4162860/2=4822Pa 总阻力损失： P总=12739.8+4822=17561.8Pa 壳程流动阻力在允许范围内 。七换热器主要工艺结构尺寸和计算结果表参数管程壳程流量，kg/h36000

10、40581.8物性操作温度，180/13060/110定性温度，15585流体密度，kg/m3715860定压比热容，kj/(kg.k)2.482.2黏度，pa.s传热系数，W/（m2）0.1330.119普朗特数11.996.1设备结构参数形式浮头式台数1壳体内径，mm600壳程数1管径，mm管心距，mm32管长，mm6000管子排列正方形旋转45管数目，根180折流板数24传热面积，84.8折流板间距，mm240管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速，m/s0.9890.416表面传热系数，W/（m2）960.9479.2污垢热阻，m2/W0.00020.0002阻力降，Pa热负荷，kw

11、1240传热温差，64.4传热系数，W/（m2）260.3裕度14.7八、设备参考数计算1.壳体壁厚 由Po1.6 MPa， Di600mm，对壳体与管板采用单面焊，焊接接头系数0.9,腐蚀裕度C=1mm， t=112MPa +C+1=5.8mm圆整后取8mm 2. 接管法兰【3】Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH1001084215180158326184.88M16563.设备法兰 【3】Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH60063098407707205504180.320M3610114.封头管箱【3】封头：以外径

12、为公称直径的椭圆形封头公称直径Dg曲面高度h1直边高度h2内表面积F容积v（m3）600150400.4640.396 5.设备法兰垫片（橡胶石棉板）公称直径Dg垫片内径d公称压力F(m2)垫片外径D60061516655 6.管法兰用垫片法兰公称压力Mpa介质温度密封面型式垫片名称材料油品1.6200光滑式耐油橡胶石棉垫片耐油橡胶石棉板 7. 管板管板厚度35mm，长度300mm，材料为16MnR。 8. 支垫（鞍式支座）公称直径Dg每个支座允许负荷tb1LBlK1bm重量（kg）60036.81805501202604209022026.39.设备参数总表序号图号标准名称数量材料单重（kg

13、）总量（kg）1LNQ-001-3前瑞管箱1组合件84.52HG20592法兰PL100-1.0 RF2Q235-B2.625.243GB8163-87接管108X5 L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板 29Q235-A7.5217.55筒体DN127X4.51Q235-B2786LNQ-001-2拉杆4Q235-B4.216.87GB/T6170螺母M1684级0.040.328LNQ-001-3法兰120II879垫片642/600 S=34石棉橡胶板0.310JB/T4701-2000法兰-FM600-1.01Q235-B40.811筒体DN600X8 L=1401Q23

14、5-B16.812JB/T 4746-2002封头EHA 600X51Q235-B1713GB/T14976换热管25X2.5，L=60001560Cr18Ni93.4530.414JB/T4712-92支座 500-S2Q235-A/Q235-B26.315JB/4701-2000法兰-FM500-1.01Q235-B29.516SYJ11-65垫片2橡胶板0.150.317LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.1618LNQ-001-2管板116MnR6519GB/T6170螺母 M201286级0.0648.220JB/T4707螺栓M20x150-A626.8级0.332

15、0.4621SYJ11-65垫片1橡胶板0.3九、 参考文献【1】杨长龙，化工原理课程设计 哈尔滨工程大学出版社，2010【2】 夏清，陈常贵，化工原理上，天津大学出版社，2010【3】材料与零部件（上）. 上海人民出版社. 1973.8十、学习体会与收获两周的化工原理课程设计即将结束，我们小组设计的是柴油冷却器，虽然时间不长，但我们却从中学到了很多知识。加深和巩固了上学期所学的化工原理这虽然刚开始会感到无从下手，很多所学的知识也有些生疏。但通过老师的细心讲解，我们大家共同合作，一起讨论研究，通过一周的翻阅资料,查找公式,设计计算,使我对换热器有了进一步的了解,对传热的具体过程有了深刻的认识.尤其是从最初的无从下手到现在的可根据传热的不同而选择不同的换热器.另外,我对于换热器的用途也有了更多的认识.。最后我们顺利的完成了整个设计。在老师的细心讲解和指导下独立完成了本次课程设计，通过这次的锻炼,为我今后的学习工作做了良好的开端.这次的课程设计对我今后的生活产生巨大的影响也会终生难忘的. 通过这初次的课程设计使我们深刻的了解了化工原理这门课的主要内容以及对将来工作的深远影响。在此，感谢学院为我们提供了一个锻炼自我，学习与历练的机会，感谢老师耐心，认真的辅导，使我们的设计得以顺利完成。