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正文內(nèi)容

u型管換熱器設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)

2025-01-11 02:46 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 ) ① 蛇管式換熱器 ② 套管式換熱器 ③ U 型管式換熱器:這類換熱器又可分為 U 型管式、 U 形管式和浮頭式。 ( 2)通過板面?zhèn)鳠岬膿Q熱器(即 “板面式 ”) ① 螺旋板式換熱器 ② 板式換熱器 ③ 傘板式換熱器 ④ 板翅式換熱器 ⑤ 板殼式換熱器 ( 3)其它形式的換熱器 這類換熱器一般都是為了 滿足某些特殊要求而出現(xiàn)的,有些還處于發(fā)展階段,其中比較成熟的,如回轉(zhuǎn)式換熱器和熱管等。 第一章 緒論 7 1. 3 U 型管式換熱器的設(shè)計(jì) U 型管式換熱器的設(shè)計(jì)資料較完善,已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。目前我國 U 型管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收按 “鋼制 U 型管式換熱器 ”( GB151)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 U 型管式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中以熱力設(shè)計(jì)最為重要。不僅在設(shè)計(jì)一臺(tái)新的換熱器時(shí)需要進(jìn)行熱力設(shè)計(jì),而且對(duì)于已生產(chǎn)出來的,甚至已投入使用的換熱器在檢驗(yàn)它是否滿足使用要求時(shí),均需進(jìn)行這方面的工作。 熱力設(shè)計(jì)指的 是根據(jù)使用單位提出的基本要求,合理地選擇運(yùn)行參數(shù),并根據(jù)傳熱學(xué)的知識(shí)進(jìn)行傳熱計(jì)算。 流動(dòng)設(shè)計(jì)主要是計(jì)算壓降,其目的就是為換熱器的輔助設(shè)備 —例如泵的選擇做準(zhǔn)備。當(dāng)然,熱力設(shè)計(jì)和流動(dòng)設(shè)計(jì)兩者是密切關(guān)聯(lián)的,特別是進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)常需從流動(dòng)設(shè)計(jì)中獲取某些參數(shù)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是根據(jù)傳熱面積的大小計(jì)算其主要零部件的尺寸,例如管子的直徑、長度、根數(shù)、殼體的直徑、折流板的長度和數(shù)目、隔板的數(shù)目及布置以及連接管的尺寸等等。 在某些情況下還需對(duì)換熱器的主要零部件 —特別是受壓不均做應(yīng)力計(jì)算,并校核其強(qiáng)度。對(duì)于在高溫高壓下工作的換熱 器,更不能忽視這方面的工作。這是保證安全生產(chǎn)的前提。在做強(qiáng)度計(jì)算時(shí),應(yīng)盡量采用國產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料和部件,根據(jù)我國壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算或校核。 廣東石油化工學(xué)院??飘厴I(yè)設(shè)計(jì): U 型管換熱器設(shè)計(jì) 8 第二章 換熱器的工藝計(jì)算 U型管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)只要包括以下內(nèi)容: 1. 根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案; 2. 初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸; 3. 核算換熱器的傳熱面積和流體阻力; 4. 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。 2. 1 設(shè)計(jì)條件 表 21 設(shè)計(jì)條件 殼程 管程 流體名稱 混氫油 反應(yīng)產(chǎn)物 總流量( t/h) 25 工作溫度 / 進(jìn) / 出 (℃ ) 134/316 370/210 壓力 /(MPa) 2. 2 確定物性數(shù)據(jù) 在以上條件下,查得其基本物性數(shù)據(jù)為: 表 22 物性數(shù)據(jù) 介 質(zhì) 密度( kg/m3) 比熱容( KJ/kg℃ ) 黏度( Pas) 導(dǎo)熱系數(shù)( W/(m℃ )) 反應(yīng)產(chǎn)物 994 4. 174 0. 735103 0. 626 混氫油 789 103 2. 3 符號(hào)說明 ? 0——熱流體的密度, kg/m3; ? 0——熱流體的黏度, Pas;第二章 換熱器的工藝計(jì)算 9 ? 0——熱聯(lián)體的導(dǎo)熱系數(shù), W/(m℃ ); 0Cp ——熱流體的比熱容, KJ/kg℃ ; iCp ——冷流體的比熱容, KJ/kg℃ ; ? i——冷流體的密度, kg/m3 ? i——冷流體的黏度, ? i——冷流體的導(dǎo)熱系數(shù), Tn ——換熱管數(shù)目。 2. 4 流體走向的確定 兩流體為均不發(fā)生相變的傳熱過程,因反應(yīng)產(chǎn)物的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大,且易結(jié)垢,故選擇冷卻反應(yīng)產(chǎn)物走換熱器的管程,混氫油走殼程。 2. 5 估算傳熱面積,初選換熱器的規(guī)格 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的用量 )( 00 ih TTCpWQ ?? = 32 5 0 0 0 2 .3 9 1 0 ( 3 1 6 1 3 4 ) / 3 6 0 0 3 0 2 0 6 9 4 W? ? ? ?( 21) )( 0ttCp QW iic ?? = 33 0 2 0 6 9 4 3 6 0 0 1 6 2 8 3 /4 . 1 7 4 1 0 ( 3 7 0 2 1 0 ) k g h? ?? ? ? ( 22) 式中 hW ——熱流體的質(zhì)量流量 kg/s; cW ——冷流體的質(zhì)量流量 kg/s; 0Cp ——熱流體的比熱容, KJ/kg℃ ; iCp ——冷流體的比熱容, KJ/kg℃ ; iTT,0 ——熱流體始末的溫度, ℃ ; 0t , it ——冷流體的始末溫度, ℃ 。 計(jì)算兩流體的平均溫度差 廣東石油化工學(xué)院??飘厴I(yè)設(shè)計(jì): U 型管換熱器設(shè)計(jì) 10 ( 316 134) ( 370 210)316 134lnln370 210hcmhcttt tt? ? ? ? ? ?? ? ?????=230176。C ( 23) 而 2570 3512500 ??????? tt TTR i i 000 ittP Tt???? ( 24) 查得: ??t? 。所以 00 .8 6 2 3 0 1 9 7 . 8m t mt t C? ?? ? ? ? ? ? ? ( 25) 初選換熱器的規(guī)格 根據(jù)兩流體的情況,假設(shè) )/(300 2 CmWK ??? ,故 23020694 5 0 .93 0 0 1 9 7 .8p mQAmKt? ? ??? ( 26) 式中 PA ——估算傳熱面積, 2m ; cA ——實(shí)際傳熱面積, 2m 。 初步選用 U 型管式式換熱器。據(jù)此,由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)初選換熱器為下表所示: 表 23 初選換熱器參數(shù) 殼徑 /mm 600 管子尺寸 /mm 20 25 中心排管數(shù) 16 管長 /m 管程流通面積 /m2 管子總數(shù) 241 管程數(shù) 2 管子排列方法 正三角形 實(shí)際傳熱面積 22 3 2 3 .1 4 0 .0 2 5 ( 4 .5 0 .1 ) 8 0 .1cA n d L m?? ? ? ? ? ? ( 27) 若選擇該型號(hào)的換熱器,則要求過程的總傳熱系數(shù)為 290w。 2. 6 換熱管的排列和管心距 —般說來,正三角形排列在相同的管板面積上可排較多的管子,而且管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大,但正三角形排列時(shí)管外機(jī)械清洗較為困難,而認(rèn)管外流體的流動(dòng)阻力也較大。在本設(shè)計(jì)中殼程中介質(zhì)混氫油是非腐蝕性介質(zhì)利于清洗,但由于是多管程結(jié)構(gòu),采用組合排列方法。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,采用矩形排列方法。所以本設(shè)計(jì)采第二章 換熱器的工藝計(jì)算 11 用常規(guī)的正三角形排列。 管心距 25 5otd? ? ? ?( mm) ( 29) 按常用管心距表中查得管外 徑為 25mm 的管心距為 t=32mm。 2. 7 折流板 采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%,則切去的圓缺高度為 mmh ??? 取折流板間距 B==180mm。則 ????? BLNB(塊) ( 210) 折流板圓缺面反應(yīng)產(chǎn)物平裝配。 2. 8 接管 根據(jù)流體的操作情況及結(jié)構(gòu)尺寸要求,取管程接管內(nèi)流體流速為 ,則管程接管內(nèi)徑為 04 4 1 6 2 8 3 / 3 6 0 0 / 9 9 40 . 1 0 83 . 1 4 1 . 5ii VDmu? ?? ? ?? ( 211) 式中 iD ——管程接管內(nèi)徑, mm; iV ——冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的體積流量, m3/s; iu ——冷卻反應(yīng)產(chǎn)物的流速, m/s。 取殼程接管內(nèi)流體流速為 ,則殼程接管內(nèi)徑為 0 04 4 2 5 0 0 0 / 3 6 0 0 / 7 8 9 0 . 1 1 43 . 1 4 0 . 5oVDmu? ?? ? ?? ( 212) 式中 0D ——?dú)こ探庸軆?nèi)徑, mm; 0V ——混氫油的體積流量, m3/s; 0u ——混氫油的流速, m/s。 綜合考慮無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)尺寸、接管直徑與筒體內(nèi)徑關(guān)系以及補(bǔ)強(qiáng)需要,取管程接管為 ?? ,殼程接管為 ?? ??紤]經(jīng)濟(jì)性及焊接要求,接管材料選用 20 號(hào)鋼。 廣東石油化工學(xué)院??飘厴I(yè)設(shè)計(jì): U 型管換熱器設(shè)計(jì) 12 2. 9 壓強(qiáng)降的核算 管程壓強(qiáng)降 tpsi FNNPPP )( 21 ?????? ( 213) 式中 1P? ——單程直管阻力, Pa; 2P? ——局部阻力 ,Pa; sN ——?dú)こ虜?shù): pN ——管程數(shù); iP?? ——管程總阻力; sF ——管程結(jié)構(gòu)校正因數(shù),量綱為 1,對(duì)內(nèi)徑 20mm 外徑 25mm 的管子,取 。 其中, sN =1, pN =2, sF =。 管程流通面積 222 mNNdS pTii ????? ? ( 214) 1 6 2 8 3 / 3 6 0 0 / 9 9 40 . 3 8 /0 . 0 3 6 4ii iVu m sS? ? ? ( 215) 10391 3 ?? ???? ?? ?iii ud ( 216) 蛇管壁粗糙度 20 , ??? idmm ??,由 Re?? 關(guān)系圖查得: ?? ,所以 PaudLP i 5492 221 ??????? ?? ( 217) PauP 222 ?????? ? ( 218) 則 M P aPaP i )( ????????? 所以管程流體阻力在允許的范圍內(nèi)。 殼程壓強(qiáng)降 ssNFPPP )( 39。239。10 ?????? ( 219) 式中 39。1P? ——流體橫國管束的壓強(qiáng)降, Pa; 39。2P? ——流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降, Pa; sF——?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢校 正因數(shù),量綱為 1,液體可取 。 第二章 換熱器的工藝計(jì)算 13 39。1P? = 2)1( 200 uNnFf Bc ?? ( 220) 2)( 2039。2 uDhNP B ???? ( 221) 式中 F ——管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù),對(duì)正三角形排列 F =; 0f ——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù),當(dāng) Re0> 500 時(shí), ??f ; ——橫過管束中心線的管子數(shù); BN ——折流擋板數(shù); h——折流擋板間距; 0u ——按殼程流通面積 S0 計(jì)算的流速, m/s。 其中 sF =, sN =1, ? 16。 24?BN 。 殼程流通面積 200 )()( mdnDBS c ?????? ( 222) smSVu / 789/3600/25000000 ??? ( 223) 5003116 3000 ??? ???? ?? ?ud ( 224) ?? ?f ( 225) 所以 39。1P? = 2 ?????? PaP 5082 ) (24 239。2 ??????? k P aPaP )(0 ???????? 所以殼程流體阻力也在允許的范圍內(nèi)。 2. 10 總傳熱系數(shù)的核算 管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 10391Re ?i 33 ?????? ?? ?Cpi ( 226) )()10391( ??? iiii d?? ( 227) = ??
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