循环水冷却器设计说明书

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………………………………………………………………………1 1.1设计题目：循环水冷却器的设计…………………………………………1 1.2设计日任务及操作条件……………………………………………………1 1.3厂址：齐齐哈尔地区………………………………………………………1 2设计摘要 …………………………………………………………………………2 3主要物性参数表 …………………………………………………………………3 4工艺计算 …………………………………………………………………………4 　 4.1确定 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ………………………………………………………………4   4.2核算总传热系数 ……………………………………………………………8   4.3核算压强降…………………………………………………………………11 5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DⅠ……………………………………………………………15   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   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 ………………………………………………………………26 7总结评述 …………………………………………………………………………27 8参考文献 …………………………………………………………………………28 9主要符号说明 ……………………………………………………………………29 10附表………………………………………………………………………………30 1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 ①处理能力：70000kg/h ②设备型式：列管式换热器 1.2.2、操作条件 ①循环水：入口温度60℃，出口温度45℃ ②冷却介质水：入口温度15℃，出口温度40℃ ③管程和壳程的压强不大于1.6MPa ④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，列管式换热器在目前所用的换热器中应用极为广泛——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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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，以改善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，儿循环水通过入管间。 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，可以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，不仅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。 ３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㎏/m2 ρ 987.05 ρ 996.74 比热容kJ/（kg℃ Cp1 4.176 Cp1 4.178 粘度Pas µ1 549×10-6 µ2 886.3×0 导热系数w/m℃ λ 650.79×10-3 λ 610.5×10 进口温度℃ T1 55 t2 10 出口温度℃ T2 40 t2 35 4工艺计算 4.1确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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=mhcph△t1               =(74000/3600) ×4180.5×(55-40)               =1.289×106w             热负荷             Qh=Qh-Q1               =(1-5%)Qh               =0.95×1.289×106w               =1022455×106w （2）冷却水流量的计算 Q=0.95mhcph(T1-T2) =mhcph(t1-t2) 所以mc=0.95×70000×4.805×（55-40）/3600×4.181×(35-10)       =11.72㎏/s 4.1.3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=30℃ △tm=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）图4-19，可得：Ψ△t=0.88，则有△tm=0.88×25=22℃ （2）确定管程数 由于Ψ△t=0.88〉0.8，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/K△tm=61.85㎡ （2）管径和管内流速     选用Φ25×2.5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/ ρc=0.0111m3/s Ns=0.111/3.14/4(0.02)2×0.5=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=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=2×75=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/So△tm=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 壳程流通截面积为： 其中：h-折流板间距。取为150㎜。 D-壳体公称直径，取为150㎜ d-管子外径，可取25㎜ t-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 核算表明该换热器可以完成任务。 4.3 核算压强降 4.3.1 管程流体阻力 （1）对于ΔP1的计算：管程流通截         由此可知     设管壁粗糙度     λ=0.037代入计算式         ΔP1=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，可以作中低压设备，所以简体材质选用钢板，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》（华东理工大学出版社）表14-3，《钢制压力容器中使用的钢板许用应力》可得=113,依表14-4《焊缝系数》可得=0.85，依表14-6《腐蚀裕量》可得=2mm。 依《化工设备机械基础》（华东理工大学出版社）表14-5，《钢板厚度常用规格及其负偏差》得=0.6mm，=1.2mm。 故 可根据 选用厚度为8mm的钢板材质 （3） 水压实验强度校核 水压试验应力为 式中：         将有关数据代入原式可得         查阅《化工设备机械基础》（华东理工大学出版社）表14-3，《钢制压力容器中使用的钢许用应力》可得到钢制容器在常温水压试验时         从而，有所以壳体壁厚满足水压试验的强度要求。 5.5 选择换热器的封头 （1） 公式： 其中：由于，用整块钢板冲压成型，此时 （2） 计算： （3） 选择适宜厚度，并确定封头型式规格 根据《化工设备手册材料与零部件》<上册>第327页椭圆封头应选封头mm，且根据其选用一椭圆封头尺寸如下： 坯料直径：666mm        坯料质量：21.8kg 容积：0.0213m2        质量：20kg 型式 公称直径 曲面高度 直边高度 椭圆形 500mm 125mm 0.309m2 所选封头的结构示意图如下： 5.6 选择容器法兰 5.6.1    选择法兰的型式 选用甲型平焊容器法兰。已知换热器的公称压力为，公称直径500mm。查阅《压力容器与化工设备使用手册》中3-1-1，《压力容器法兰分类》，宜采用甲型平焊容器法兰。法兰材料为板材Q235-B，工作温度>-20摄氏度的最大工作压力为，小于公称压力，故甲型平焊容器法兰最大允许工作压力满足要求。 5.6.2 确定法兰相关尺寸 查阅《压力容器与化工设备使用手册》第467页。表3-1-2（A）《甲型平焊法兰尺寸》和表3-1-2（B）《甲型平焊法兰质量》可得法兰相关尺寸如下表： 平面 凸面 凸面 法兰质量（kg） 36.81 38.43 37.21 衬环质量（kg） 1.7 3.7 2.5 公称直径DN 法兰 螺栓 D D1 D2 D3 D4 d 规格 数量 500 630 590 555 545 542 44 23 20 28 5.6.3 选用法兰并确定标记 选用甲型平焊容器（凹凸密封面）为宜 标记为：法兰 结构如图 5.7选择管法兰和接管    5.7.1热流体进出口接管 取接管热流体流速为u=1.7/ m s，则接管内径为     可取接管:mm,长150mm两个 5.7.2冷流体进出口接管     取接管内流体流速u2=1.5m/s,则接管内径为           可取接管：Φ108，长150 mm两个                                               表5—3钢制管法兰（HGJ45-91）                 公称 直径DN 管子 外径 A 连接尺寸 螺栓柱 法 兰 内 径 B 法兰外 径D 螺栓孔 中心圆 直径K 螺栓孔直径L 螺栓 孔数 n 螺栓 长度 螺柱 长度 法兰 厚度 C 100 108 220 180 18 6 65 85 18 110 125 133 250 210 18 6 70 90 20 135                                 第21页 5.7.3选择法兰         根据公式直径与公称压力选用板式干旱钢制管法兰。     HG20593-97        SO150-2.5RF    16Mn     查阅《化工设备标准图册》，选择封头管箱，材料为    A3F钢，其简图如下所示： 5-4封头管箱         5.9 折流挡板的设计 查阅《换热器原理及计算》根据换热器的要求，选择厚度为5mm的圆缺形挡板。 其参数如下：           两板间距离：  h=D(0.2-1)=300mm           折流板高度：    H=500(1-25%)=375mm           折流挡板个数：  N=L/h -1=6/0.3 -1=19           折流挡板厚度：  δ=5mm 5.10支座选用     查阅《化工设备设计手册材料与零部件》第625页, 选用A3F材料，采用鞍式支座     Dg500AJB1167-73. 尺寸如下表：                       表5-4鞍式支座DG500AJB1167-73     公称直径   DN 每个支座允许负荷       t b L B K1 b m   500       23.0 160 460 120 330 90 200                                                                                                                                         图5-6鞍式支座                                                              5.11 拉杆的选用和设置 5.11.1 拉杆的选用 查阅《化工过程和设备设计》 第15页表可知：                             表5-5 拉杆 拉杆直径 数量 拉杆螺纹 公称直径 la Lb b 12 4   16 20 >=60 2.0 5.11.2 拉杆的设置       拉杆与折流板和挡板的连接形式如下图所示：                                   图5-7拉杆 5.12 确定管板尺寸         由《化工设备机械基础》查得，管板选用的材料为16Mn,管板厚度为20mm,质量是59.6Kg.   图5-8整体管板 5.13 垫片的使用 5.13.1 设备法兰用垫片 根据《压力容器与化工设备实用手册》第491页，密封垫片选用非金属软垫片，JB4704-92。厚度30mm, 该垫片为法兰用垫片，其尺寸：                     外径：D2=545mm      内径：D1=500mm                             PN=1.6Mpa          DN=500mm                         图5-9设备法兰所用垫片 5.13.2 管法兰用垫片 材料：耐油橡胶石棉板 S20——0056——3. 厚度3mm. 垫片：1.MFM    150——2.5       2.MFM      200----2.5 7 总结评述 在教师的悉心指导下，在团队中每个人的积极努力下，在这历时两个星期的课程设计中我们解决了很多难题。 然而，在这次课程设计中，大家更多的发现了自己的不足，以及对实践经验的缺乏，在诸多方面还需提高。在学习中大家分工明确，在每个环节中都能出色的完成。   我组主要进行了以下环节： 一、 数据计算——在设计刚开始时，大家积极查询相关资料，翻阅了图书馆里的很多相关书籍。在大家不断查找资料、不断的理解公式原理不断进行可行性分析的前提下,很多问题都得到了解决，在很多难点上都有了很大的突破。经过了几天的团结协作完成了计算部分。 二、 设计说明书——在这个环节中，大家认真的将每一个公式字句输入文档中，输完之后又进行了多次检查，多次审核，终于经过了几天的精诚合作，完成了文档的输入工作。说明书的设计，从封皮到公式到逐字逐句都显得十分谨慎。 三、 画图——对于每一个环节，都需要每个成员在该环节上有所突破。在这个环节中，在组长的领导下，大家默契配合，充分体现了团队精神，通过对数据的深刻理解，认认真真的完成了制图的工作，终于完成了该设计的最后环节。 通过这次设计我们看到了团队的力量，个人离不开团队，团队需要每一个人的精诚合作，才能发挥团结协作的精神。 通过老师的耐心的讲解和帮助，我们把公式及其应用范围都巩固了一遍。经过这次课程设计，我们充分的理解了课程设计的真正含义。本次设计给了我知识和技能的同时，也给予我很多经验和教训。       在今后的学习和工作中，我将不断努力学习科学文化知识，不断完善自己，不断的挖掘自己的潜力。           8参考文献 【1】 天津大学，《化工原理》，天津，天津科学技术出版社。 【2】 郑晓梅，魏崇关，《化工工程制图》，北京，化学工业出版社， 【3】 《化工设备结构图册》编写组，《化工设备结构图册》，上海，上海科学技术出版 【4】 柴诚敬，刘国维，李阿娜，《化工原理课程设计》，天津，天津科学技术出版社， 【5】 化学工程手册。 【6】 华南理工大学，《化工工程及设备设计》，广州，华南理工大学出版社， 【7】 刁玉伟，王立业编，《化工设备机械基础》，大连，大连理工大学出版社 【8】 中华人民共和国化学工业部工程建设标准《钢制管法兰，垫片，坚固件》（1991-12）化学工业出版社 【9】 《钢制列管式固定板式换热器结构手册》1994.1 【10】 《化工设备设计手册材料与零部件》，上海人民出版社。 【11】 姚玉英主编《化工原理》（上）天津大学出版社。 【12】 大连理工大学教研室编，《化工原理课程设计》大连理工大学出版社，1994. 【13】 夏清主编《化工原理》（上）天津大学出版社2005.1 【14】 齐齐哈尔大学化工原理教研室主编，《化工原理课程设计》 【15】 谭天恩，麦本熙，丁慧华：化工原理（`）第二版，北京，化学工业出版社。 9重要符号说明 Q ——热负荷  KJ/h                  mi——热流体质量流速  KJ/h Cph——热流体比热容 KJ/(kg℃) Cpc——冷流体比热容 KJ/(kg℃) di ——传热管的内径 m do ——传热管的外径 m de——当量直径 m D ——公称直径m K ——选取的传热系数 t1——冷流体进口温度 t2——冷流体出口温度 T1——热流体进口温度 T2——热流体出口温度 R——平均温差校正系数的参数 Ft——温度校正系数 P——公称压力 Mpa ai——管程传热膜系数 uo——壳程速度 m/s De——当量直径 m Reo——壳程雷诺准数 Pro——课程普兰特数 ——流体在定性温度的黏度，Pa.s ——导热系数， dm——平均管径 m Rsi——管程的污垢热阻 Rso——壳程的污垢热阻 b——壁厚 m ——管程压力降 Pa        ——相对粗糙度 mm 附表1管式换热器中K值的经验数据         管程       壳程 传热系数K值W/㎡℃ 水 有机溶剂 气体 水溶液（>2.0） 水 水 有机溶剂 水蒸气冷凝 水蒸气冷凝 轻有机物蒸汽冷凝 850-1700 115-340 30-300 580-2910 580-1160 附表2换热器壳颈的标准尺寸 公称直径mm 325 400,500，600,700 800,900,1000 1100 1200 最小壁厚mm 8 10 12 12 附表3列管式换热器的常用流量 ·公称直径mm 公称面积㎡ 管程数 管数 公称压强       管长m 1.5 2.0 3.0 6.0 1 13 400 12 10 10 16 15 14 26 24 20 52 48 42 1 2 4 113 102 90 500 -- -- -- -- -- -- 40 40 35 80 80 70 1 2 4 177 172 152 600 -- -- -- -- -- -- 60 55 55 125 120 110 1 2 4 269 258 242 800 -- -- -- -- 110 110 100 100 230 220 210 200 1 2 4 4 501 488 456 444 附表4固定管板式（代号G） 流体类型 管内（m/s） 管间（m/s） 一般流体 0.5~3 0.2~1.5 海水，河水，易结垢的液体 >1 >0.5