循环水冷却器设计说明书.doc
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1、循环水冷却器设计说明书- 36 -2020年4月19日文档仅供参考,不当之处,请联系改正。化工原理课程设计循环水冷却器设计说明书学 校:学 院:专业班级: 学 号: 姓 名:指导老师:目录1设计任务书11.1设计题目:循环水冷却器的设计11.2设计日任务及操作条件11.3厂址:齐齐哈尔地区12设计摘要 23主要物性参数表 34工艺计算 4 4.1确定设计方案 4 4.2核算总传热系数 8 4.3核算压强降115设备参数的计算 15 5.1确定换热器的代号15 5.2计算壳体内径D15 5.3管根数及排列要求16 5.4计算换热器壳体的壁厚16 5.5选择换热器的封头17 5.6选择容器法兰19
2、 5.7选择管法兰和接管21 5.8选择管箱22 5.9折流挡板的设计23 5.10支座选用 23 5.11拉杆的选用和设置 24 5.12垫片的使用 267总结评述 278参考文献 289主要符号说明 2910附表301设计任务书1.1设计题目:循环水冷却器的设计1.2设计任务及操作条件1.2.1、设计任务处理能力:70000kg/h设备型式:列管式换热器1.2.2、操作条件循环水:入口温度60,出口温度45冷却介质水:入口温度15,出口温度40管程和壳程的压强不大于1.6MPa换热器的热损失5%1.1、 厂址:齐齐哈尔地区2设计摘要在国内外的化工生产工程中,列管式换热器在当前所用的换热器中
3、应用极为广泛由于它具有结构牢固,易于制造,生产成本较低等特点。管壳式换热器作为一种传统的标准换热器,在许多部门中都被大量使用。其结构由许多管子所组成的管束,并把这些管束固定在管板上,热管板和外壳连接在一起。为了增加流体在管外的流速,以改进它的给热情况在筒体内安装了多块挡板。我们的进行作业时列管换热器的设计,根据所给的任务,进行综合考虑。首先确定流体流径。我们选择冷却水通入管内,儿循环水经过入管间。其次,我们确定两流体的定性温度,由于温度引起的热效应不大,能够选择固定管板式换热器。根据初算的总传热系数和热负荷,以及换热器的换热面积,换热器的根数和长度,来确定管程数。并查阅相关资料。初步工作完成之
4、后,对设备的各种参数校核,包括换热器壳体,封头,管箱,管板,法兰的选用等等,接着进行一系列的检查。选择这些附件,不但要与所选换热很好的匹配,而且要兼顾经济的要求,让换热器既造价低廉又坚固耐用,以达到即经济又实惠的效果。主要物性参数表在定性温度下:t定冷=(10+35)/2=22.5 t定循=(55+40)/2=47.5表3-1物性参数表物性壳程(循环水)管程(冷却水)符号数据符号数据密度/m2987.05996.74比热容kJ/(kgCp14.176Cp14.178粘度Pas154910-62886.30导热系数w/m650.7910-3610.510进口温度T155t210出口温度T240t
5、2354工艺计算4.1确定设计方案 4.1.1 选择换热器的类型 (1)两种流体的变化情况: 热流体(循环水)进口温度55,出口温度40; 冷流体(冷却水)进口温度10,出口温度35;冷水定性温度:t定冷=(10+35)/2=22.5 循环水定性温度:t定循=(55+40)/2=47.5 由于两流体温差小于50,不必考虑热补偿。因此初步确定选择用固定管板式换热器。 (2)流程安排 由于该换热器是具有冷却水冷凝的换热器,应使循环水走壳程,以便于排除冷却水。4.1.2计算热负荷和冷却水流量 (1)热负荷的计算 Qh=mhcpht1 =(74000/3600) 4180.5(55-40) =1.28
6、9106w 热负荷 Qh=Qh-Q1 =(1-5%)Qh =0.951.289106w =1022455106w(2)冷却水流量的计算Q=0.95mhcph(T1-T2) =mhcph(t1-t2)因此mc=0.95700004.805(55-40)/36004.181(35-10) =11.72/s4.1.3计算两流体的平均温差,确定管程数 (1)平均传热温差 tm=t1-t2/ln(t1-t2)(按逆流计算) 其中:t1=55-35=10;t2=40-10=30tm=25 P=t2-t1/T1-t1=0.56 R=T1-T2/t1-t2=0.6由P、R值查阅化工原理(天津大学出版社)(上册
7、)图4-19,可得:t=0.88,则有tm=0.8825=22(2)确定管程数由于t=0.880.8,故此换热器应选用双壳程4.1.4工艺结构尺寸(1)初选换热器的规格 假设K=900 W/(m) 则估算的传热面积为: A=Q/Ktm=61.85(2)管径和管内流速 选用252.5的碳钢传热器 取管内流速为ui=0.5m/s (3)估算管程数和传热管数V=ns3.14/4di2ui 由4.1.2可知:冷却水用量=11.08kg/s则 Mc/ c=0.0111m3/sNs=0.111/3.14/4(0.02)20.5=75根根据列管式换热器传统标准,此数据可选取按单程算,所需的单程热管长度 L=
8、A/3.14dins=13.7m 取传热管长l=6m 则该传热管的管程数为 Np=L/l=2 传热总根数NT=Npns=275=150根实际传热面积So=N3.14d(1-0.1)=77.81则要求过程的总传热系数为 Ko=Q/Sotm=715.3w/() 该换热器的基本结构参数如下:表4-1换热器的基本结构参数公称直径:500m工程压强:1.6MPa总管数:NT=168根管间距:t=32mm管数:84管程数:m=2管长:6.0m工程面积:80管子排列方式:正三角形排列4.2 核算总传热系数4.2.1 管程对流传热系数普兰特准数:4.2.2 壳程传热系数取换热器管心距t=32 mm壳程流通截面
9、积为:其中:h-折流板间距。取为150。D-壳体公称直径,取为150d-管子外径,可取25t-中心距,可取32。壳程流体流速:当量直径按三角形排列有:,当量直径:普兰特准数:用壳方流体的对流传热系数的关联式计算带入数据得:4.2.3 计算总传热系数其中:壳程管程对流传热系统w/换热管外径内径和内外径的平均值mm管内侧外侧污垢热阻/w;b换热器壁厚,取 0.0025m碳钢的导热系数,取45 w/管壁热阻碳钢在该条件下=45 w/ 计算安全系数核算表明该换热器能够完成任务。4.3 核算压强降4.3.1 管程流体阻力 (1)对于P1的计算:管程流通截 由此可知 设管壁粗糙度=0.037代入计算式P1
10、=0.037(2)对于的计算(3)对于的计算则:由此可知,管程流通阻力在允许范围之内。4.3.2 壳程压强降校核 其中: Fs是壳程压强降届后校正因数,液体取1.15;Ns是壳程数,为1(1)对于 的计算由于换热器列管呈三角形排列F=0.5取折流板间距为300mm;块壳程的流通面积可见500故可应用下式计算 (2)对于 的计算 (3)对于 的计算计算表明: 管程压强降为3487.32,小于压强1.6壳程压强降为34270.6,亦小于设计压1.6;综上可知,管程和壳程压强降均能满足题设要求5 设备参数的计算5.1 确定换热器的代号5.1.1 换热器的代号所选换热器的代号为 5.1.2 确定方法此
11、代号根据工艺计算反列管式固定管板式换热器系列标准对G系列列管式固定管板换热器的规定。查化学化工出版杜化工工艺设计手册(上)第120页表3-10列管式固定管板换热器标准图号和设备型号得到壳体内径Di,公称压强,管根数及排列要求而确定。5.2 计算壳体内径Di 公式:其中:管中心距, m对横过管束中心线的管线,用计算管束中心线上2管的中心到壳体内辟的距离,取计算:5.3 管根数及排列要求(1)换热器采用的无缝钢管,材质选用可焊接性好的10号钢,管长6m ,共168根管。(2)排列方式及管中心距的确定1)可该换热器列管采用三角排列2)管子与管板采用焊接,故可取 5.4 计算换热器壳的壁厚5.4.1选
12、适宜的壳体材料根据化工设备手册-材料与部件(上海)第102页压力容器用碳素碳及普通低合金厚板钢,换热器公称压强为选用钢板。5.4.2 该钢板的主要工艺参数性能加工工艺性能好,可冷卷,气割下料开坡口,炭弧气刨挑焊根开坡口。冷冲压力热冲压性能好,使用温度,能够作中低压设备,因此简体材质选用钢板,钢板标准。5.4.3 壁厚的计算(1) 公式: 其中:钢板在不考虑加工裕量时的厚度,mm;计算厚度,mm;钢板负偏差,mm;腐蚀裕量,mm;圆整值。式中为设计厚度,可用下式计算:其中:Pc设计压力,取;Di壳体内径,mm;设计温度下材料的许用应力,;焊缝系数。(2) 查算:依据化工设备机械基础(华东理工大学
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