轻油冷却器的设计课程设计论文.doc
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1、课程设计任务书1、设计题目:轻油冷却器的设计2、设计基本条件:(1)处理能力 40000吨/年(2)设备型式 列管式换热器(3)操作条件a 轻油:入口温度140,出口温度40;b 冷却介质:自来水,入口温度25,出口温度35;c 允许压降:管程不大于0.1MPa,壳程不大于0.05MPa;d 每年按300天计,每天24小时连续运行;(4)物性参数 密 度: 0760kg/m3 定压比热容: Cp02.20kJ/kg 热导率: 00.138W/m 粘 度: 00.536mPas 3、设计任务:(1)设计方案简介:对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述;(2)完成换热器工艺设计计算;(3)换热器
2、设备计算;(4)撰写设计说明书(word文档上机打印);(5)绘制换热器装配图(A3图纸,可用计算机绘制)。摘要本设计为油气储运工程系的化工原理课程设计,其目的为锻炼设计者的独立设计工作能力;包括资料查阅、收集、筛选,数据及参数的计算,结果校核、选定,独立选择工艺技术,办公软件应用及排版,制图软件应用等。旨在培养设计者综合能力,为毕业设计以及以后的研究工作做好铺垫,使设计者对设计类工作有一定感性认识。此说明书阐述的是处理量为4104 吨/年轻油冷却器的设计方案,方案采用固定管板式换热器,以循环水为冷却剂,进行轻油冷却。本设计完成了换热器的工艺计算,包括轻油和水的基础物性数据,换热器面积估算,换
3、热器工艺结构尺寸的计算,并分别进行核算,绘制了带控制点的工艺流程图,换热器装配图。本设计除人工计算外还利用到一些电脑软件进行绘图,排版等。关键字:轻油;水;换热器;固定管板式;课程设计。Abstract This design for oil &gas storage and transportation engineering principles of chemical engineering course design, the purpose of the exercise independent design work ability designer, Consult, inclu
4、ding data collection, screening, data and parameter calculation, the results checking, selection, independent selection process technology, the office software application and typesetting, drafting software applications. Aimed at training designers comprehensive ability, for the graduation design an
5、d future research work on the blackboard, enables designers design kind of job have certain perceptual knowledge.This manual is elaborated 40000 tons/year kerosene cooler, the design of scheme adopts with expansion joint fixed tube heat exchanger, to circulating water for cooling agent, kerosene coo
6、ling.This design completed heat exchanger technical calculation, including kerosene and water based physical property data, heat exchanger area estimation, heat exchanger process structure size of calculation, and separately accounting, painted with control process flow diagram, heat exchanger assem
7、bly drawing.This design except the artificial calculation are utilized to some computer software graphics, layout, etc.Keywords:kerosene, water, heat exchanger, fixed tube plate, curriculum design。 目录课程设计任务书I摘要IIABSTRACTIII第1章 绪论11.1换热器技术概况1 1.1.1固定管板式换热器:1 1.1.2浮头式换热器:1 1.1.3填料函式换热器:2 1.1.4 U型管式换热器
8、:21.2换热器设备的发展21.3 换热器在工业生产中的应用3第2章 设计方案52.1 换热器类型的选择52.2 流程的安排62.2.1冷、热流体流动通道的选择62.2.2流动方式的选择72.2.3材质的选择72.2.4流体流速的选择82.2.5换热管的选择8第3章 换热器的工艺计算93.1基础物性数据93.2换热器面积的估算9 3.2.1 热负荷计算93.2.2 平均传热温差及其校正103.2.3传热面积103.2.4 柴油的用量103.3换热器工艺结构尺寸的计算103.3.1管程e、流速及雷诺数的计算103.3.2壳程流通截面积、流速及雷诺数的计算113.3.3传热管排列方式的选择及管心距
9、的计算113.3.4折流板的选择113.4 换热器核算113.4.1传热能力的核算113.4.2 传热面积核算133.4.3换热器流体阻力计算133.5换热器主要结构尺寸算结果汇总153.6主要符号说明16设计过程的评述和有关问题的讨论18主要参考文献19附录20结束语25第1章 绪论1.1换热器技术概况 换热器是许多工业生产部门的通用工艺设备,尤其是石油、化工生产中应用更为广泛,在化工厂中换热器可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型很多,性能各异,从早期发展起来的列管式换热器到近年来不断出现的新型、高效换热设备,各具特点。列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器
10、,它结构简单、坚固,制造容易,材料广泛,处理能力强大,适用性强。列管式换热器主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质,可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程 列管式换热器种类很多,目前广泛使用的按其温差补偿结构来分,主要有以下几种: 1.1.1固定管板式换热器: 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。
11、通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其他结构。 1.1.2浮头式换热器: 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接,另一块管板不与外壳连
12、接,以使管子受热或冷却时可以自由伸缩,但在这块管板上连接一个顶盖,称之为“浮头”,所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不变壳体约束,因而当两种换热器介质的温差大时,不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂,造价高。1.1.3填料函式换热器: 这类换热器管束一端可以自由膨胀,结构比浮头式简单,造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能,壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。 1.1.4 U型管式换热器: U形管式换热器,每根管子都弯成U形,两端固定在同一块管板上,每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。管程至少为两程,管束
13、可以抽出清洗,管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难,管子更换困难,管板上排列的管子少。优点是结构简单,质量轻,适用于高温高压条件。下面简单列举四种常用换热器的特性:表11四种常用换热器特性类型特性固定管板式式浮头式填料函式U形管式优点结构简单造价低廉管束便于清洗和检修制造方便便于清洗、维修结构简单重量轻缺点壳程不易检修和清洗结构复杂造价较高耐压不高管内清洗困难管板利用率低适用场合两流体温差不大壳方压强较低温差大低压场合高温、高压场合1.2换热器设备的发展20世纪20年代出现板式换热器,并应用于食品工业。以板代管制成的换热器,结构紧凑,传热效果好,因此陆续发展为多种形式。30年代初,瑞典首
14、次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器,用于飞机发动机的散热。30年代末,瑞典又制造出第一台板壳式换热器,用于纸浆工厂。在此期间,为了解决强腐蚀性介质的换热问题,人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右,由于空间技术和尖端科学的迅速发展,迫切需要各种高效能紧凑型的换热器,再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展,换热器制造工艺得到进一步完善,从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外,自60年代开始,为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要,典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期,为了强化传热,在研究和发展热管的基础上又创
15、制出热管式换热器。长期以来,非接触式换热器一直是管壳式(列管式)换热器一国独大的局面。然而近几十年来,这种平衡有所改变。 这种改变是由于各种板式类换热器的逐步开发和应用所带来的。板式类换热器能够被深入研究和开发,固然是有其历史必然的。回顾换热器发展历程,虽然板式换热设备的充分开发只是近些年的事情,但是其理论和技术的出现却要早的多。但是人们最初舍弃了这种换热性能远远占优的换热器形式,而是选择并大量应用了管壳式换热器。 那么,既然是结构强度没有得到根本性的改变,近些年板式类换热器又是怎样被重视起来的呢?这种变化是与世界经济的发展环境,尤其是能源发展环境的变化息息相关的。 世界能源的日益紧张与危机,
16、使得“节能”与“高效”逐渐受到重视,加之“节能减排环保”的概念日益深入人心,各国政府和机构都逐年加大了这方面投入的人力和物力,同时也取得了许多可喜的成果。很显然,板式类换热器这种高效的换热方式,也就顺理成章地受到重视,并进行了再次开发,且在其强度范围所能允许的范围内大量应用遍地开花。其技术发展也达到了前所未有的时刻。制造规格越来越大,结构形式越来越多。并出现了不可拆的焊合一体式板式换热器,尽管不能方便地拆洗,强度却有所增加。 近年来国内各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热法的研究一直非常重视,走过了从引进、消化、吸收、发展到自主研发的历程。现已应用在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、
17、食品等行业中。随着换热器的不断改进,在节能、增效等方面改进换热器性能,在提高换热效率,减少传热面积,降低压降,提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。国内各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新,在强化传热元件方面开发出表面多孔管、螺旋槽管、波纹管、纵横管等。流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。换热器的大量使用有效地提高了能源的利用率,使企业成本降低。效益提高。 在新材料、新结构、新领域的不断探索过程中,换热器正朝着多样化、专业化的方向发展,其制造手段有了长足进步,应用领域也由在哪里用向如何用好的方向转变。随着工业经济效益与社会中环境保护的要求,制造水平的不断提高,新能源的逐渐开发
18、,研究手段日益发展,各种新思路与新结构的涌现,换热器将朝着更高效、经济、环保的方向发展。1.3 换热器在工业生产中的应用在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们是上述这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。在化工厂,换热器的费用约占总费用的1020,在炼油厂约占总费用的3540。随着我国工业的不断发展,对能源利用、开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃,一些新型高效换热器相继问世。 换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设
19、备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%45%。近年来随着节能技术的发展,应用领域不断扩大,利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器。管壳式换热器按用途分为无相变传热的换热器和有相变传热的冷凝器和重沸器。换热器在工、农业的各领域应用十分广泛,在日常生活中传热设备也随处可见,是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视,在全世界第一次能源危机爆发以来,各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下,一批具有代表性的高效换热器和强
20、化传热元件诞生。随着研究的深入,工业应用取得了令人瞩目的成果,得到了大量的回报,如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯,社会效益非常显著,大大缓解了能源的紧张状况。如何提高产热效率,减少震动损失,是两项十分重要的课题。大面积的换热器制造难度大,使用要求高,安装困难更大。经过二十年的努力,在传热技术上国内已研制成功的双壳换热器、大型板壳式换热器,具有强化传热的高效换热器,有效的解决了传热效率低的问题;折流杆换热器的应用有效地克服管束的震动,延长了管子的寿命,解决了震动损坏,提高了工艺性能,降低了动力消耗,且宜用于
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