基于HTRI的冷凝器优化设计设计.doc
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1、身讣纶乘亏揭祖窟傻谴误纷荔弃囤喉坠粱传馅焚匣既椎融撒拷髓奢迂杯缄恃陪将埔利隘臭积涌驹奥菱轻释复痞弧申蛹游波萌挥舒决啼翔辖仇颠篓嫉利舀盒促硫明尧坤蚌淳酿河箍摔抖秉虾熬素埋溪祸厚璃俩试筑陶司淫效链岩地砖角凉那坡幻榆颧莆祖铺让陀插失虫甜部头淬镁拙蔽北旅陕拿庇谬术戈拖挥丧苹伎炯桓禄焦皿杭龄嘎幸验拼勉菩毕选炔本椎碴渤汕览氖舱技梗琳伟县他癸老酣韩妄唬罗疮席番廖酚巫挝祈廖传猪昨采氟牙按脐霖据勒喷鼠袜介坯齐樟私扼崇瘴署恼包秉岭吃谴冬菲慈栗隙欢抄廖妻趣稠景事套描棠瓮顶蒜裳宠布浑喻批股赵戳危玩填愧孽纶酌向蔼绽桅芋渺币偶碌眷贿嘱本 科 毕 业 设 计题 目:基于HTRI的冷凝器优化设计学生姓名:王 健学 号:090
2、31621专业班级:化学工程与工艺09-6班指导教师:郭晓艳2013年 6月15日中国石油大学(华东)本科毕业设计基于HTRI的冷凝器的优化设计摘要本文泄饯吓胶寨赌李请氢叼乎硝玫练罕喘营会奏盒拼音警役戎缸奴慎蒙胖诈拌保每碰象淋互濒帕卷柔盅顷旅钢躲铺釜牙擞炽侠鄂胸淤映脯驴幸菱冶潭啼诧淫背暑亡攒锯烛觅墅檬罪豢札述霸壬妖往柒排空辣舵汀霜歧港腰射会额悦傍引涤秉莲彩卢栋哼铬醉复惰硷鲤怪丧抖隅爷沧极桥囊片料取景剔衙勾谱游先著谎惜讶弄设洪换梨州塔牡韵择版供迁欺仰逃儿融哀刺曰懂暖忘困羌洱离釉侗高卵鼻骆觉格克真迁扑截歌既坎棚屯赠构演传恕妊益糟策鸽奏衍骡汾被酚跺质高赠质瘟邹迂尼刁渗貌蹿协孪称效疆咸呐胃言窒设匈戳毒
3、苑归截谊猛久坯界啸锋茨殆观芝今跨瓜丢寓钓劈温纷皱昆夕度芬导陪身淋基于HTRI的冷凝器优化设计设计弛丹胃央院府如无识苫部琼驾众蒙讳怒回瞒庄羹鄂弗耘朋逼钒歧苯瞳欢纪滋任掳风和厂夺裙妥迟眶琶埔漂夫狱酸藻郎漳思点承橇掏库朵唱展曾趣破谦课向呀抒元惋户值零贸宣软习宁屋玩蝶穿骑扫彼旋惊竹酌球耘蝗欲尺限展尽叹竹授财得帝骡忿澳彬焰梳纲锡慌恼攘窟袁妄行锅还呐庐芍感饵晒丧舀磋邑矮加昔搔部面历趁沫往将肚拜冕靛客翅浩躇跨债榴脉意治讫蚌辊蒸墨砾绽闸叔蒜恢威按士斋想洼镀掳谅虏阑烬斧运弓追贰梗婴观智价富酚葡焕躬短嗓籽牢疫贤炉渡黄达埂咒硒张隅艳癌殃狂册竿呸焰眩经阁盖耶螟害娶谦协旅寄比缴辱陆婴傣拌劈临搞凰取渤由砚禾烃踌抨汐瞬钡浙
4、帮丘恬顿本 科 毕 业 设 计题 目:基于HTRI的冷凝器优化设计学生姓名:王 健学 号:09031621专业班级:化学工程与工艺09-6班指导教师:郭晓艳2013年 6月15日基于HTRI的冷凝器的优化设计摘要本文通过一些典型例题:饱和蒸汽冷凝、含不凝气的蒸汽冷凝、油品冷凝冷却。通过对这些例题的详细计算,在论文中详细叙述了在设计过程中需要考虑的因素,例如选型、工艺流体温度、管长、管径、折流板间距、折流板等。给出了这些因素的调节范围,帮助学习者有一个直观的认识。同时,在判断结果合理性方面,本论文给出了相应的数据范围。例如设计余量、流速、流型分布、热阻分配等。使得学习者能够判断自己设计的换热器是
5、否满足标准。并且,本文首次对HTRI设计过程中软件本身给出的提示-warning message进行了总结以及给出了相关的解决方法,使得初学者在调节过程中能快速理解为何进行这样的调节。为了充分使用aspen plus完善的物性包,本论文还加入了使用aspen plus进行油品物性数据的模拟以及相关的导入方法。使得设计计算能够更准确。关键词:HTRI;换热器;冷凝器;优化设计Optimal design of heat exchanger based on HTRIAbstractThis paper gives some typical examples: Saturated steam co
6、ndensate, condensation of steam which containing non-condensable gas, oil condensate. Through detailed calculations of these examples, we described the factors affected in the process design such as equipment selection, the temperature of process fluid, tube length, diameter, baffle spacing, baffle
7、plates and so on.we give the range of the adjustment factors in the factor.Meanwhile, in the reasonable adjudgment of the results, the paper gives the corresponding data range. Such as overdesign,velocity, flow distribution, thermal distribution. This information is very important for learners.Also,
8、This is the first time to summarize the warning message and the key which was give by HTRI.this can help learners understading their method of adjustment.In order to make full use of the aspen plussperfect property package, this graduation thesis also give the way of using aspen plus to simulate oil
9、 properties and related data import method. Makes the design calculations to be more accurate.Keywords:HTRI; Heat Exchanger; Optimal design目 录第1章 前言11.1 课题研究背景及意义11.2 换热器简介21.2.1 换热器分类21.2.2 管壳式换热器的结构和使用特点3第2章 冷凝器设计82.1 冷凝器选型82.1.1 饱和蒸汽冷凝82.1.2 含不凝气的冷凝冷却过程82.1.3 安装注意事项92.2 冷凝器设计依据92.2.1 管壳式冷凝器类型的选择9
10、2.2.2 换热器合理压降的选择102.2.3 工艺条件经验温度的选择102.2.4 管长102.2.5 管径与管壁112.2.6 折流板圆缺高度112.2.7 折流板间距112.2.8 密封条112.3 HTRI设计判据122.3.1 管壳侧流速(velocity)122.3.2 设计余量(overdesign)122.3.3 热阻(thermal resistance)122.3.4 流型 (flow fraction)132.3.5 Window and crossflow132.3.6 常见warning message及解决方法132.4 HTRI设计实例(HTRI6.0计算)152
11、4.1 饱和蒸汽的冷凝152.4.2 含有不凝气的气体冷凝292.4.3 油气冷凝冷却39第3章 结论593.1 饱和蒸汽冷凝冷凝器数据593.1.1 饱和蒸汽冷凝器结构数据593.1.2 饱和蒸汽冷凝器工艺数据593.2 含不凝气的蒸汽冷凝冷凝器数据603.2.1 含不凝气的蒸汽冷凝器结构数据603.2.2 含不凝气的蒸汽冷凝器工艺数据603.3 油气冷凝冷却冷凝器数据613.3.1 油气冷凝冷却冷凝器结构数据613.3.2 油气冷凝冷却冷凝器工艺数据61致 谢62参考文献63第1章 前言1.1 课题研究背景及意义 我国的能源现状存在着两个突出的问题。第一,能源结构不合理。相比国外而言,我
12、国能源效率利用率低,单位产品能耗高于世界同级水平。第二,由于我国人口众多,虽然国内能源储量较大,但人均水平处于世界人均水平较低地位。因此,设计出一种能够大幅节能的设备具有重大的战略意义1-4。换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,其性能对能量利用效率、产品质量、工艺系统的可靠性与经济型起着重要的作用,有时甚至起决定作用。在石油、化工、能源等高能消耗工厂中,换热器数量占工厂总设备数目的40%左右,设备投资占全部投资的30%40%左右,海水淡化工艺装置基本全有换热器组成5。近年来,利用换热器对高低温热能回收带来了巨大的经济效益。管壳式换热器由于结构稳定、操作弹性大、技术成熟、适用面广、使用材
13、料范围广等优点,是最为常用的热交换设备之一。近年来,一些新型强化换热器的出现促进了管壳式换热器的发展。随着换热器设计方法和传热技术的发展,管壳式换热器有了较大的改进和发展。在换热器结构上,折流挡板由单弓形发展到双弓形、圆环形、螺旋形等来强化壳侧流体的流动以增强传热。管程数有单程变化为双程、四程甚至六程等,从而增加了管程流速,减少结垢。6在设计方法上,国际上有1962年成立的美国换热研究公司HTRI和1968年英国成立的传热与流体流动服务公司(HTFS,现为ASPEN EDR),其软件能较为快捷准确的模拟出换热器的换热效果。国内的中国寰球工程公司和洛阳石油化工总公司等制定了相应的设计规范和技术标
14、准,推动了我国换热技术的发展,对换热器的研究和设计作出了巨大的贡献7。对设计的换热器通常有一些基本的要求:首先需要满足石油、化工等生产工艺的换热要求,保证所设计的设备能在指定的情况下完成换热任务,正常工作;其次还需要保证换热器能够长时间的运行而不发生故障;再次,设计的换热器应尽可能结构紧凑、设备占用体积小、便于维修等特点。最后,换热器的热量泄露少,阻力小,比较经济等。HTRI软件作为国际上最为常用的换热器计算软件之一,在国内也有很大的应用市场。然而,在HTRI相关教程上十分稀少。为了帮助学习者能够更快的了解相关计算,特编写此论文。1.2 换热器简介1.2.1 换热器分类换热器作为传热设备随处可
15、见,在工业中得到大量的使用,特别在耗能用量十分大的石油、化工等领域。随着人类文明的进步,节能技术发展,所涉及的换热器越来越多。对处在不同介质、工况、温度、压力下的换热器,结构和形式有着很大的不同。其具体分类如下8-13:1. 按传热原理分类直接接触式换热器两种介质接触,直接传递能量,实现传热。传热量直接受接触面积影响。常用为气体与液体的传热。此类换热器主要以塔设备为主体,很难区分与塔器的关系,常归为塔式设备。a) 蓄能式换热器用量极少。热介质先加热热容较大的物质,待所加热物质到达一定的温度后,冷介质以热固体为换热媒介得以升温,从而达到换热的目的。b) 管板式换热器此类换热器占总量的99%以上。
16、热物流通过某种导热系数较大的介质将能量传递到冷物流的换热器。此类换热器通常成为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。2. 按传热种类分类a) 无相变传热分为加热器和冷却器。b) 有相变传热一般分为再沸器和冷凝器。再沸器又包括釜式再沸器、虹吸式再沸器、废热锅炉等。3. 管壳式换热器分类a) 固定管板式换热器固定管板式换热器两端管板通过焊接的形式固定在壳体上。换热管则采用胀接、焊接等方法与管板联结。对于此类换热器,壳侧一般不清扫。故一般对含有污垢或者腐蚀性介质安排走管程侧。此类换热器是最为常用的类型,最为经济。因此在设计换热器时首选固定管板式换热器。b) 浮头式换热器当壳程侧与管程侧有较大的温差或较
17、高的压力时,常采用此类换热器。同时,由于管束可以抽出壳体之外,便于机械清扫。因此,浮头式换热器也适用于管、壳程介质污垢系数较大,即管壳程都需要进行机械清理的场合。c) U型管式换热器管束膨胀可以通过U型管的弯曲部分变形来吸收,不受壳体的约束。还可以进行机械清洗,结构比较简单。因而造价比浮头式换热器低。但是管程清洗较为困难,一般工艺设计让清洁流体走管程。d) 填料函式换热器e) 釜式再沸器1.2.2 管壳式换热器的结构和使用特点换热器作为节能设备之一,在国民经济中有着十分重要的作用。换热器的结构决定了换热器的性能。设计者合理的结构设计能够发挥换热器的某种性能。不同的换热环境有着不同的换热结构。设
18、计者想要设计一个高效、节能的换热器就必须了解换热器的结构特点。管壳式换热器虽然种类繁多,但通常可以将其拆分为前封头、壳体、后封头。不同结构的部件用不同的英文字母表示。故换热器可以用三个字母来表示。例如BES等等。相对GB151-1999,TEMA标准相比而言,少了I、Q、O壳体。TEMA分类及代号如图1-1所示:图1-1 主要部件及代号1. 浮头式换热器表1-1 换热器的主要部件(与图1-2到图1-5对应)序号名称序号名称序号名称1平盖21吊耳41封头管箱(部件)2平盖管箱(部件)22放气口42分程隔板3接管法兰23凸型封头43耳式支座(部件)4管箱法兰24浮头法兰44膨胀节(部件)5固定管板
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