煤油冷却器的设计_换热器毕业设计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
毕业答辩情况表
摘要
这篇论文主要介绍的是换热器机械计算等相关的设计过程。本文引用这三年学过的书本知识及相关的技术标准,对换热器的结构、强度进行了系统的阐述。换热器是目前许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。其中,换热器是目前应用较为广泛的换热设备。优点:结构简单,制造方便,在相同管束情况下其壳体内径最小,管程分程较方便。缺点:壳程无法进行机械清洗,壳程检查困难,壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力,即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。我设计的换热器内部以换热管和折流板做为基本构件,冷介质、余热介质分别在管程与壳程之间流动,以达到降温或升温的效果。换热器由筒体、管箱、封
头、支座、换热管、折流板、管板及接管、法兰等组成。
通过强度计算合理选择材料,确保安全运行,提高设备的生产效率,降低设备的制造成本,实现化工单元操作的最佳化。
关键词: 换热器管箱壳体管板封头
1 毕业设计任务书
1.1 题目
煤油冷却器的设计
1.2 任务及操作条件
1.2.1 处理能力:10万吨/年煤油
1.2.2 设备形式:列管式换热器
1.2.3 操作条件
(1).煤油:入口温度140℃,出口温度40℃
(2).冷却介质:自来水,入口温度30℃,出口温度40℃
(3).允许压强降:不大于100kPa
(4).煤油定性温度下的物性数据:密度825kg/m3,黏度7.15×10-4Pa.s,比热容2.22kJ/(kg.℃),导热系数0.14W/(m.℃)
(5).每年按330天计,每天24小时连续运行
1.3 列管式换热器的选择与核算
1.3.1 传热计算
1.3.2 管、壳程流体阻力计算
1.3.3 管板厚度计算
1.3.4 U形膨胀节计算(浮头式换热器除外)
1.3.5 管束振动
1.3.6 管壳式换热器零部件结构
2 概述
2.1 换热器概述
换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂,换热器的费用约占总费用的10%~20%,在炼油厂约占总费用35%~40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此,设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
换热器的类型按传热方式的不同可分为:混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛,如表2-1所示。
表2-1 传热器的结构分类
2.2 固定管板式
因设计需要,下面简单介绍一下固定管板式换热器。
固定管板式即两端管板和壳体连结成一体,因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗,因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时,应考虑热补偿。有具有补偿圈(或称膨胀节)的固定板式换热器,即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束的热膨胀程度不同时,补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩),以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单,但不宜用于两流体温度差太大(不大于70℃)和壳方流体压强过高(一般不高于600kPa)的场合。
图2-1 固定管板式换热器的示意图
1-挡板2-补偿圈3-放气嘴
2.3设计背景及设计要求
2.3.1 设计背景
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛地使用各种换热器,且他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10%-20%,在炼油厂约占总费用的35%-40%。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的活跃。一些新型的换热器相继问世。随着换热器在工业生产中地位和作用不同,换热器的类型也多种多样,不同类型的换热器自然有各自不同的优缺点与性能;所以在换热器的设计中,首先应根据工艺要求选择使用的类型,然后计算换热所需传热面积,并确定换热器的结构尺寸。
2.3.2 设计要求
完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求:
(1)合理地实现所规定的工艺条件:可以从:①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。
(2)安全可靠
换热器是压力容器,在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时,应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。
(3)有利于安装操作与维修
直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与拆卸,在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍,根据需要可添置气、液排放口,检查孔与敷设保温层。
(4)经济合理
评价换热器的最终指标是:在一定时间内(通常1年内的)固定费用(设备的购置费、安装费等)与操作费(动力费、清洗费、维修费)等的总和为最小。在设计或选型时,如果有几种换热器都能完成生产任务的需要,这一标准就尤为重要了。
3 热量设计
3.1 初选换热器的类型
两流体的温度变化情况如下:
(1)煤油:入口温度140℃,出口温度40℃;
(2)冷却介质:自来水,入口温度30℃,出口温度40℃;
该换热器用循环冷却自来水进行冷却,冬季操作时,其进口温度会降低,考略到这一因素,估计所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,需考虑热膨胀的影响,相应地进行热膨胀的补偿,故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。
3.2 管程安排(流动空间的选择)及流速确定
已知两流体允许压强降不大于100kPa;两流体分别为煤油和自来水。与煤油相比,水的对流传热系数一般较大。由于循环冷却水较易结垢,若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,考虑到散热降温方面的因素,应使循环自来水走管程,而使煤油走壳程。
表3-2.列管式换热器内的适宜流速范围
表3-3.不同粘度液体的流速(以普通钢壁为例)
由上表,我们初步选用Φ25×2.5的碳钢管,管内流速取u i=0.5m/s。