煤油冷卻器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?? W/(m178。 ℃ ) 。 確定物性數(shù)據(jù)后，后面的計(jì)算中需用到以上數(shù)據(jù)者，可直接引用。 估算傳熱面積 平均傳熱溫差 煤油的進(jìn)出口溫 度分別為 140℃ 和 35℃ ， 冷卻水 的進(jìn)出口溫度分別為 25 ℃ 和 32℃ 。先 按純逆流計(jì)算，得： 12112mttt tln t? ???? ?? （ 33） ? ? ? ?140 32 35 25 140 3235 25ln? ? ????? ℃ 式中 mt? — 逆流或并流的平均傳熱溫差 12,tt??— 可按圖３ １所示進(jìn)行計(jì)算。 6 圖３ １ 列管式換熱器內(nèi)流型 由煤油的流量計(jì)算 熱負(fù)荷 依據(jù)文獻(xiàn) 公式： h h ph hQ w c t?? （ 34） 式中 Qh— 熱負(fù)荷， W； Wh— 工藝流體的流率， kg/h； cph— 工藝流體的熱容； kJ/(kg178。 ℃ )； ht? — 工藝流體的溫度變化， ℃ ； h h ph hQ w c t?? = 1600 2 .2 2 (1 4 0 3 5 )3600 ? ? ? = ? W 傳熱面積 計(jì) 算 由于殼程 煤油 的壓力不高，所以可以選擇較小的 K 值。假設(shè) 400K? W/(m2178。 ℃ )，則估算的傳熱面積 A為： 539。21 .0 3 6 1 0 6 .2 84 0 0 4 1 .2h mQAmKt ?? ? ??? 考慮到估算值對(duì)計(jì)算結(jié)果 的影響，根據(jù) 文獻(xiàn) 提供的經(jīng)驗(yàn)范圍，取實(shí)際傳熱面積為估算值的 ～ 倍，取 倍。即 39。 A m? ? ? ? 7 冷卻水用量 對(duì)于工藝流體被冷卻的情況，工藝流體所放出的熱量等于冷卻劑所吸收的熱量與熱損失之和，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為可靠起見，常可忽略熱損失， 依據(jù)公式：pQ wc t??， 計(jì)算 冷卻水用量： hcpc cQw ct? ? ? ?531 . 0 3 6 1 0 3 . 5 5 / 1 2 7 6 3 /4 . 1 7 4 1 0 3 2 2 5 k g s k g h?? ? ?? ? ? 結(jié)構(gòu)尺寸 的設(shè)計(jì) 換熱管的選擇 和管內(nèi)流速 的確定 考慮到管徑太小，流動(dòng)阻力大，機(jī)械清洗困難，由文獻(xiàn)根據(jù)具體情況 選用 19 2? ? mm傳熱管。 材料為 20號(hào)鋼。參考文獻(xiàn) 取管內(nèi)流速 1iu? m/s。 確定 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 參考文獻(xiàn)， 根據(jù)公式 24s iVndu?? （ 35） 可由傳熱管內(nèi)徑和流體流速確定單程傳熱管 數(shù)目， 式中 ns— 單程管子數(shù)目； V— 管程流體的體積流量， m3/s； di— 換熱管內(nèi)徑， m； u管 內(nèi)流體的流速， m/s。 計(jì)算得： 24s iVndu?? 8 23. 5599 5. 7 20 .2 210. 01 5 14?? ? ???根 按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 L： osAL dn?? （ 36） 式中 L— 按單管程計(jì)算的管子長(zhǎng)度， m； A— 估算的傳熱面積， m2； d0— 管子外徑， m。 osAL dn?? 7 .2 3 5 .7 70 .0 1 9 2 1 m????? 如果按照 單管程設(shè)計(jì)，傳熱管 尺寸 過長(zhǎng)。應(yīng)該采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況， 參考文獻(xiàn) 推薦的傳熱管長(zhǎng) 3m，則該換熱器的管程數(shù) pN 為： 7 23p LN l? ? ?（管程） 換熱器內(nèi)傳熱管 根數(shù) TN 為： 21 2 42T s pN n N? ? ? ? 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 參考文獻(xiàn)，折流情況下的平均傳熱 溫差可先按純逆流情況計(jì)算，然后加以較正，由于在相同的流體進(jìn)出口，溫度下，逆流流型具有較大的傳熱溫差，所以在工程上，若無特殊要求均采用逆流。 平 均 傳 熱 溫 差 校 正 系 數(shù) ： 1221TTR tt?? ? （ 37） 式中： 12,TT— 熱流體的進(jìn)、出口溫度， ℃ 2111ttP Tt?? ? 9 12,tt — 冷流體的進(jìn)、出口溫度， ℃ 。 140 35 1532 25R ???? 3 2 2 5 0 .0 6 11 4 0 2 5P ???? 計(jì)算 平均傳熱溫差 mt? 如下 ： m mtt?? ? ? 逆 （ 38） 式中 mt? — 折流情況下的平均傳熱溫差； ? — 溫差校正系數(shù)。 按單殼程 雙 管程，查文獻(xiàn)圖 F2 可知： ?? 所以，平均傳熱溫差： m mtt?? ? ? 逆 = ? =℃ 參考文獻(xiàn) ,因?yàn)橛?jì)算得 平均傳熱溫差校正系數(shù) 為 ， 大于 ， 所以取單殼程合適。 殼體內(nèi)徑 參考文獻(xiàn) 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 ? =，則殼體的內(nèi)徑為： TNDt?? 421 .0 5 2 5 2 0 3 .30 .7? ? ?mm 按 無縫鋼管 進(jìn)級(jí)檔，可取 219DN? mm,初步選取 壁厚 為 6mm，即 207id mm? 。 10 折流板 折流板有橫向折流板和縱向折流板，橫向折流板同時(shí)兼有支撐傳熱管，防止發(fā)生震動(dòng)的作用，其常用的型式有弓形折流板和和圓盤 圓環(huán)形折流板，弓形折流板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，在實(shí)際中最為常用。本設(shè)計(jì)采用弓 形折流板，取弓形折流板圓缺高度 約 為殼體內(nèi)徑的 20%，則切去的圓缺高度 h 為： 2 0 7 2 0 % 4 1 .4h ? ? ?mm 所以，取 40h? mm 。 參考文獻(xiàn) 取折流板的的間距 ? ，則 2 0 7 0 .3 6 2 .1B ? ? ?mm 所以，取 60B? mm 。 折流板數(shù) BN 為： 30001 1 5 0 1 4 960BN ? ? ? ? ? ? ?傳 熱 管 長(zhǎng)折 流 板 間 距 折流板 選擇 圓缺 豎直裝配，具體型式 見 總裝配 圖。 傳熱管排列和分程方法 對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式，每一程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板， 采用正方形排列 方法 。如圖 所示。 參考文獻(xiàn) ,管心距 選擇 otd? 為： 19 5otd? ? ? ?mm，取 25t? mm。 隔板中心 距離相鄰的換熱管 中心距離 S等于 ： 256 6 1 8 . 5 1 922tS m m? ? ? ? ? ? 各程 之間 相鄰 換熱管的管心距等于 ： 19179。 2=38mm 橫過管束中心線的管數(shù)： 1. 19 1. 19 42 8N? ? ? ? 根 11 圖 ３ ２ 換熱管組合排列 兩管程，每程各有換熱 管 數(shù)目為 21 根， 管箱中隔板 安裝位置和介質(zhì)的流通方式按照 圖 所示。 圖 ３ ３ 管程隔板安裝位置 和 換熱管 分程 方式 接管 1. 管程流體進(jìn)、出口接管 ： 選 取接管內(nèi) 冷卻水 的流速為： 2 ? m/s，則接管內(nèi)徑 2D 如下 ： 2224 1 2 7 6 543 6 0 0 9 9 5 .7 0 .0 4 32 .5VD u????? ? ??m 12 圓整后，管程進(jìn)、出口接管規(guī)格為： 45 ? ? 。 2. 殼程流體進(jìn)、出口接管 取接管內(nèi)流體流速為： 1 ? m/s，則接管內(nèi)徑 1D 如下 ： 1114 160 04360 0 825 u????? ? ??m 為了方便取材， 圓整后， 殼 程進(jìn)、出口接管規(guī)格 也選擇為 38 ? ? 。 其他附件 1. 拉桿數(shù)量與直徑 根據(jù)文獻(xiàn)表 43和表 44查得 ，本換熱器換熱管外徑為 19mm，所以 拉桿直徑 12mmnd ? 。拉桿數(shù)不得少于 4個(gè) ， 考慮到 殼體內(nèi)徑較小， 選擇 4根 拉桿 。 2. 防沖擋板 參考文獻(xiàn)，當(dāng)管程采用軸向入口接管或換熱管內(nèi)流體速度超過 3m/s 時(shí)，應(yīng)設(shè)置防沖板。 當(dāng)殼程進(jìn)口流體的 2?? （其中 ? 味流體密度， 3/kgm ； ? 味流體的流速， m/s）值為下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)在殼程進(jìn)口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍玻? （ 1） 非腐蝕、非磨蝕性的單向流體， 222 2 3 0 / ( )kg m s?? ?? 者； （ 2） 其他液體，包括沸點(diǎn)下的液體， 22740 / ( )kg m s?? ??者。 有腐蝕或有磨蝕的氣體、蒸汽及汽液混合物，應(yīng)設(shè)置防沖板；當(dāng)殼程進(jìn)出口接管距管板較遠(yuǎn)，流體停滯區(qū)過大時(shí)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流筒，以減小流體停滯區(qū)，增加換熱器的有效換熱長(zhǎng)度。 本換熱器設(shè)計(jì)中，管程進(jìn)口流速 為 , 殼程 2 2 28 2 5 0 .1 1 2 1 0 .3 5 7 4 0 / ( )k g m s?? ? ? ? ? ? 故管程和殼程均無需設(shè)置防沖板。 膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構(gòu)件，依靠這種易變形的撓性構(gòu)件，對(duì)管束與殼體間的變形差進(jìn)行補(bǔ)償，以此來消除殼體與管束間因溫度而引起的溫差應(yīng) 13 力。 固定管板式換熱器換熱過程中，管束和殼體有一定得溫差存在，而管板、管束與殼體之間是剛性地連接在一起的，當(dāng)溫差大于 50℃ 時(shí)，由于過大的溫差應(yīng)力往往會(huì)引起殼體的破壞或造成管束彎曲。當(dāng)溫差很大時(shí)，可以選用浮頭式、 U型管及填料函式換熱器。但上述換熱器 的造價(jià)較高，若管間不需要清洗時(shí)，也可采用固定管板式換熱器，但需要設(shè)置溫差補(bǔ)償裝置，如膨脹節(jié)。 膨脹節(jié)的型式較多，通常有波形膨脹節(jié)、平板膨脹節(jié)、Ω形膨脹節(jié)。在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)用最多也最普遍的是波形膨脹節(jié)。本設(shè)計(jì)初步選用波形膨脹節(jié)。 圖３ 4 波形膨脹節(jié) 換熱器核算 傳熱能力核算 1. 管 程 傳熱膜系數(shù) 參考文獻(xiàn) ,用克恩法進(jìn)行計(jì)算，選擇公式： 0 .8 n0 .0 2 3 R e P rii id?? ?? （ 39） n=(當(dāng)流體被加熱時(shí) ) n=(當(dāng)流體被冷卻時(shí) ) 所以取 n= 正確。 因?yàn)?3000 1 5 7 5 019ld ? ? ?， ? = 10?? 178。 s，滿足條件，定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值；特征尺寸取換熱管的內(nèi)徑 di。 管程冷卻水流通截面積 iS 計(jì)算得： 14 220 . 0 1 5 2 1 0 . 0 0 3 744i i sS D n??? ? ? ? ? ?m2 管程 冷卻水 流速 iu 為： 12765360036 00 99 5. 7 0. 96 20. 00 37iiiiwu S ?? ?? ? ?m/s 雷諾數(shù)39 9 5 .7 0 .9 6 2 0 .0 2Re 0 .8 0 0 7 1 0ei ud? ? ????? ?=23926 普蘭特?cái)?shù) 334 . 1 7 4 1 0 0 . 8 0 0 7 1 0P r 5 . 4 10 . 6 1 7 6pc ?? ?? ? ?? ? ? 用克恩法計(jì)算，則 管 程流體傳熱膜系數(shù)為： 0 .8 0 .40 .0 2 3 R e Priiid?? ? ? ? ? 0 . 8 0 . 40 .6 1 7 60 .0 2 3 2 3 9 2 6 5 .4 10 .0 1 5? ? ? ? =5925 W/(m2178。 ℃ ) 2. 殼程流體傳熱膜系數(shù) 可用克恩法進(jìn)行計(jì)算， 300 . 3 6 R e P ro eWd? ?? ???? ? ? ???? 當(dāng)量直徑，按三角形排列時(shí)公式如下： 22003424etdd d?????????? （ 310） 式中 t— 管間距， m； d0— 換熱管外徑， m； 有上式， 當(dāng)量直徑 ed 如下 ： 2 2 2 200334 4 0. 02 5 0. 01 92 4 2 4 tddmd????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? 殼程流通截面積為： 15 00 0 . 0 1 91 0 .