管式换热器煤油冷却器的设计文档格式.docx
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循环水,入口温度30℃,出口温度40℃。
③允许压降:
不大于105Pa。
④煤油定性温度下的物性数据:
;
=2.22kJ/(kg.℃);
=0.14W/(m.℃)
⑤每年按330天计,每天24小时连续运行。
(4)建厂地址天津地区
1.3设计要求
试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务。
1.4工作计划
1、领取设计任务书,查阅相关资料(1天);
2、确定设计方案,进行相关的设计计算(2天);
3、校核验算,获取最终的设计结果(1天);
4、编写课程设计说明书(论文),绘制草图等(1天)。
1.5设计成果要求
1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书(论文)电子稿及打印稿1份,并附简单的设备草图。
2、课程设计结束时,将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师:
(1)封面(具体格式见附件1)
(2)目录
(3)课程设计任务书
(4)课程设计说明书(论文)(具体格式见附件2)
(5)参考文献
(6)课程设计图纸(程序)
1.6几点说明
1、本设计任务适用班级:
09生物工程(本)2班(其中:
学号1-15号,M=15;
学号16-30号,M=25;
学号31-46号,M=40);
2、课程设计说明书(论文)格式也可参阅《蚌埠学院本科生毕业设计(论文)成果撰写规范》中的相关内容。
指导教师:
教研室主任:
系主任:
2确定设计方案
2.1选择换热器的类型
两流体的温度变化情况:
热流体即煤油的进口温度140℃,出口温度40℃;
冷流体即循环水进口温度30℃,出口温度40℃。
该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作时进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大,因此初步确定选用列管式换热器。
2.2流动空间及流速的确定
在管内空间得到较高的流速并不困难,而流速高,悬浮物不易沉积,且管内空间也便于清洗。
由于循环冷却水较易结垢,为便于水垢清洗,应使循环水走管程,油品走壳程。
选用Ф25×
2.5的碳钢管,管内流速取ui=1.5m/s。
3确定物性数据
定性温度:
对于一般气体和水等低粘度流体,其定性温度可取进出口温度平均值。
故壳程油的定性温度为
管程流体的定性温度为
根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
油在90℃下的有关物性数据如下:
密度
粘度
定压比热容
导热系数
循环冷却水再35℃下的物性数据如下:
密度
定压比热容
导热系数
粘度
4计算总传热系数
4.1热流量
4.2平均传热温差
先按纯逆流计算(一般逆流优于并流,在工程上若无特殊需要,均按逆流考虑)
4.3冷却用水量
5估算传热面积
由于壳程气体压力较高,故选取较大的K值。
假设K估=315W/(m2.K),则估算的传热面积为:
考虑到25%的面积裕度,
6工艺结构尺寸
6.1管径和管内流速
选用Φ25×
2.5较高级冷拔传热管(碳钢),取管内流速。
我国国标换热器中常见的换热管规格有以及
流速的选择应使流体处于稳定的湍流状态,即雷诺数大于10000。
对于传热热阻较大的流体或易结垢的流体选取较大流速,以利于增加表面传热系数,降低结垢程度与速度。
并要考虑合适的流速下,换热器有适当的管长和管程数。
6.2管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
按单程管计算,所需的传热管长度为
按单程管设计,传热管过长,宜采用多管程结构。
根据本设计实际情况,采用非标准设计,现取传热管长l=7m,则该换热器的管程数为
传热管总根数
6.3平均传热温差校正及壳程数
平局传热温差校正系数
按单壳程,双管程结构,温差校正系数应查有关突图表。
但的点在图上难以读出,因而相应以代替,,查同一图线,可得
平均传热温差
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。
6.4传热管排列和分程方法
对于多管程换热器,常采用组合排列方式。
各程内采用正三角形排列,而在各程之间为了便于安装隔板,采用正方形排列方法。
故拟采用组合排列法,即每程内按正三角形排列,隔板两侧用正方形排列
取管心距,则
横过管束中心线的管数
各程相邻管的管心距为44mm。
6.5壳体内径
采用多管程结构,壳体内径可由下式估算。
取管板利用率。
(正三角形排列,2管程,=0.7-0.85,4管程以上,=0.6-0.8),则壳体内径为:
按卷制壳体的进级档,圆整可取。
6.6折流板
(作用说明:
列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通截面积大,为增大壳程流体的流速,加强其湍动程度,提高其表面传热系数,需设置折流板。
对于多壳程换热器不仅需要设置横向折流板,而且需要设置纵向折流板将换热器分为多壳程结构。
对于多壳程换热器,设置纵向折流板的目的不仅在于提高壳程流体的流速,而且是为了实现多壳程结构,减少多壳程结构造成的温度损失。
)
采用弓形折流板,可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:
取折流板间距,则,可取为
折流板数
并且折流板圆缺面水平装配。
6.7接管
壳程流体进出口接管:
取接管内气体流速,则接管内径为
取标准管径为。
管程流体进出口接管:
取接管内液体流速,则接管内径为:
,取标准管径为。
7换热器核算
7.1热流量核算
7.1.1壳程对流传热系数
对圆缺型折流板,可采用克恩公式
(适用条件:
Re0=2×
(103-106),弓形折流板圆缺高度为直径的25%。
换热管呈三角形排列时,当量直径为:
壳程流体流通截面积:
壳程流体流速及其雷诺数分别为:
普兰特准数:
粘度校正:
7.1.2管程对流传热系数
管程流体流通截面积:
管程流体流速:
7.1.3污垢热阻和管壁热阻:
管外侧污垢热阻
管内侧污垢热阻
依表,碳钢在该条件下的热导率为50W/(m·
K),
管壁热阻:
7.1.4传热系数
所以系数
7.1.4传热面积
该换热器的实际传热面积为:
该换热器的面积裕度为:
为了保证换热器操作的可靠性,一般应使换热器的面积裕度大于15%-20%。
本换热器传热面积裕度16%,满足生产要求,故能够完成生产任务。
7.2换热器内流体的流动阻力
7.2.1管程流动阻力
由传热管相对粗糙度,查莫狄图得,流速,,所以
故管程流体阻力在允许范围之内。
7.2.2壳程阻力
流体流经管束的阻力为:
流体流过折流板缺口的阻力:
总阻力为:
壳程流体的阻力也比较适宜。
7.2.3换热器的主要结构尺寸和计算结果见表
换热器主要结构尺寸和计算结果见下表:
换热器型式:
固定管板式
换热器面积(㎡):
253.9
工艺参数
名称
管程
壳程
物料名称
循环水
煤油
操作压力,MPa
0.4
0.3
操作温度,℃
30/40
140/40
流量,kg/h
274509
50505.05
流体密度,kg/
994
825
流速,m/s
0.999
0.288
传热量,kw
3111.1
总传热系数,w/㎡·
k
441
对流传热系数,w/㎡·
4757
711
污垢系数,㎡·
k/w
0.000344
0.000172
阻力将,Pa
23734.2
5754
程数
3
1
使用材料
碳钢
管子规格
Φ
管数489
管长,mm
7000
管间距,mm
32
排列方式
正三角形
折流挡板型式
上下
间距,mm
300
切口高度25%
壳体内径,mm
500
保温层厚度,mm
项目
数据
壳径D(DN)
900mm
管尺寸
¢
25mmX2
管程数Np(N)
4
管长l(L)
4.5m
管数n
144
管排列方式
正三角形排列
中心排管数nc
13
管心距
32mm
管程流通面积Si
0.0125m
传热面积
49.7m