THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT, trong môn học tính toán và thiết kế máy hóa chất và thiết bị của thầy Nguyễn Hữu Hiếu, Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh, tài liệu mang tính chất tham khảo liên quan về chủ để truyền nhiệt.
Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Kĩ Trường thuật Hóa Học Bộ môn Quá trình thiết bị Môn học Cơ sở thiết kế máy thiết bị hóa học Đề tài: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT GVHD: TS Nguyễn Hữu Hiếu NHÓM TỔNG QUAN TỔNG QUAN Thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống ( Shell and tube type heat exchanggers) Nguyên tắc cấu tạo thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm: - Ống bọc vỏ trụ, hai đầu có nắp đậy - Có hai không gian riêng biệt: phần bị chếm chỗ phần rỗng, có lưu thể chuyển động, trao đổi nhiệt cho ỨNG DỤNG Bình ngưng tụ môi chất Bình bốc cho máy lạnh ƯU NHƯỢC ĐIỂM - Ưu điểm: Gọn, chắn, công nghệ không phức tạp, bề mặt truyền nhiệt lớn, dễ vệ sinh… Quy trình chế tạo thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống - ống chùm: TÍNH BỀN CƠ KHÍ 2.1 Hồ Lê Viên Các thông số thiết bị truyền nhiệt ống chùm (Heat Exchanger, Shell & Tube, 200 SF, 316 S/st, 200 PSI) Chiều dài: 3000mm Đường kính trong: 304,8mm Đường kính ống: 12,7mm áp suất thiết kế thân, ống: 200psi o nhiệt độ thiết kế thân: 400 F o Nhiệt độ thiết kế ống: 300 F vật liệu Thép 316 TÍNH THÂN Bề dày tối thiểu: Bề dày thực thân s= smin+ Ca + Cb + Co =2,62 +1+0 + 1,38= 5mm Kiểm tra lại: Điều kiện [P] > P : thỏa Bề dày thực thân s= 5mm ĐÁY,NẮP Bề dày tối thiểu: Đáy/ nắp elip tiêu chuẩn có Vì nên ta có công thức tính bề dày tối thiểu: Bề dày thực nắp, đáy s= smin+ Ca + Cb + Co =2,62 +1+0 + 1,38= 5mm Kiểm tra lại bề dày Điều kiện [P] > P : thỏa Bề dày thực nắp, đáy s= 5mm TÍNH BULONG (N) Với: lực áp suất thiết bị gây ra, N lực cần thiết để giữ đệm kín, N Q1 = 107965,32 N Tính lực cần thiết để xiết chặt vòng đệm: (N) Với q0 = q0 = 25 (N/mm ) (q0 tra bảng 7-4/p156/HLV) suất tác dụng lên bulong: Ứng Trong thực tế người ta giảm bớt ứng suất cho phép vật liệu làm bu long, [’= k [= 0,25.80=20 Chọn db = 10 mm Với Q =max( , )= 107965,3 N , Z=16 2.2 TÍNH THEO ASME Tính toán bề dày tối thiểu thân Tính bề dày tối thiểu t theo bán kính R theo công thức Tính bề dày thực tế t’ chọn bề dày tiêu chuẩn t theo ASTM t’= t + C.A = 0.103 + 0.065 = 0.168 in=4.3 mm Chọn t = 5mm = 0.197 in Kiểm tra tính bền: P < 1.25 SE t < 0.5R 200 < 1.25×19300×0.6 0.197 < 0.5×6 Thỏa điều kiện bền THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP Bước 1: Các thông số tính toán: Đáy/ nắp elip chịu áp suất Ptk = 200 psi o ttk = 400 F S = 14300psi o (Tra ASME section II part D Table 1A trang 70, 72 cho thép 316 nhiệt độ thiết kế t tk = 400 F) E= 0,6 thân có đường kính nhỏ (d = 12in) nên chọn dạng mối hàn hàn giáp mối, hàn phía Dngoài = 12in THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP Bước 2: Tính bề dày tối thiểu theo công thức: Với: P – áp suất tính toán ( psi) D – đường kính thiết bị (in) E – hệ số bền mối hàn, E= 0,6 S – ứng suất cho phép tối đa (psi) THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP ’ Bước 3: Tính toán bề dày thực tế t bề dày tiêu chuẩn tn ’ Bề dày thực tế t : t: bề dày tối thiểu C.A: hệ số ăn mòn Chọn C.A= 0,065in ’ t = t + C.A= 0,102 + 0,065 = 0,167in Chọn bề dày tiêu chuẩn tn = 0,204in = 5mm THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP Bước 4: kiểm tra tính bền Theo chiều dọc thân trụ Theo phương bán kính thân trụ P< 0,385 SE P < 1,25.SE 200 < 4458,3 200 < 14475 t =0,167 < 0,5.R = => Thỏa điều kiện bền t =0,167 < 0,5.R = => Thỏa điều kiện bền Chọn bề dày cho đáy/ nắp 5mm THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG Bước 1: Các thông số tính toán: ống chịu áp suất trong, vật liệu chế tạo thép 316 ptk= 200psi o ttk= 300 F ứng suất cho phép lớn S = 20000psi Tra ASME section II part D Table 1A trang 70, 72 cho thép 316 nhiệt độ o thiết kế ttk = 300 F Dngoài =0,5in Chọn phương pháp hàn phía, E= 0,6 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG Bước 2: Tính bề dày tối thiểu theo công thức: Với: P – áp suất tính toán ( psi) D – đường kính thiết bị (in) E – hệ số bền mối hàn, E= 0,6 S – ứng suất cho phép tối đa (psi) THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG ’ Bước 3: Tính toán bề dày thực tế t bề dày tiêu chuẩn tn ’ Bề dày thực tế t : t: bề dày tối thiểu C.A: hệ số ăn mòn Chọn C.A= 0,065in ’ t = t + C.A= 0,0021 + 0,065 = 0,0671in Chọn bề dày tiêu chuẩn tn = 0,0878in = 2mm THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG Bước 4: kiểm tra tính bền Theo chiều dọc thân trụ Theo phương bán kính thân trụ P< 0,385 SE P < 1,25.SE 200 < 4620 200 < 15000 t =0,0878 < 0,5.R = 0,25 => Thỏa điều kiện bền t =0,0878 < 0,5.R = 0,25 => Thỏa điều kiện bền Chọn bề dày cho đáy/ nắp 2mm TÍNH SỐ ỐNG TÍNH SỐ ỐNG Số ống: 100 Số ống khoang: 25 http://red-bag.com/tubesheet-layout.html SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP Hồ Lê Viên ASME Bề dày tối thiểu thân(vỏ) 1,65 mm 2,65 mm Bề dày thân(vỏ) thực 3,8 mm 4,3 mm Bề dày tối thiểu ống 0,07 mm 1,7 mm Bề dày ống thực 2,2 mm mm Bề dày đáy/nắp tối thiểu 1,65 mm 2,5 mm Bề dày đáy/nắp thực 3,8 mm 4,24 mm Tài liệu tham khảo [1] Hồ Lê Viên Tính toán, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí Trường đại học bách khoa Hà Nội: Nhà xuất khoa học kĩ thuật [2] ASME Boiler and Pressure Vessels Codes 2013, Section II-VIII, - Rules for construction of Heating Boilers [3] http://www.machineryandequipment.com/heat-exchanger-shell-and-tube-200-sf-316-s-st-200-psi.html [...]... kiện bền Chọn bề dày cho đáy/ nắp là 5mm THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG Bước 1: Các thông số tính toán: ống chịu áp suất trong, vật liệu chế tạo là thép 316 ptk= 200psi o ttk= 300 F ứng suất cho phép lớn nhất S = 20000psi Tra ở ASME section II part D Table 1A trang 70, 72 cho thép 316 ở nhiệt độ o thiết kế ttk = 300 F Dngoài =0,5in Chọn phương pháp hàn 1 phía, E= 0,6 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG Bước 2: Tính bề... Thỏa điều kiện bền THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP Bước 1: Các thông số tính toán: Đáy/ nắp elip chịu áp suất trong Ptk = 200 psi o ttk = 400 F S = 14300psi o (Tra ở ASME section II part D Table 1A trang 70, 72 cho thép 316 ở nhiệt độ thiết kế t tk = 400 F) E= 0,6 vì thân có đường kính nhỏ (d = 12in) nên chọn dạng mối hàn là hàn giáp mối, hàn một phía Dngoài = 12in THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP Bước 2:... toán ( psi) D – đường kính trong thiết bị (in) E – hệ số bền mối hàn, E= 0,6 S – ứng suất cho phép tối đa (psi) THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP ’ Bước 3: Tính toán bề dày thực tế t và bề dày tiêu chuẩn tn ’ Bề dày thực tế t : t: bề dày tối thiểu C.A: hệ số ăn mòn Chọn C.A= 0,065in ’ t = t + C.A= 0,102 + 0,065 = 0,167in Chọn bề dày tiêu chuẩn tn = 0,204in = 5mm THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP Bước 4: kiểm tra... toán ( psi) D – đường kính trong thiết bị (in) E – hệ số bền mối hàn, E= 0,6 S – ứng suất cho phép tối đa (psi) THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG ’ Bước 3: Tính toán bề dày thực tế t và bề dày tiêu chuẩn tn ’ Bề dày thực tế t : t: bề dày tối thiểu C.A: hệ số ăn mòn Chọn C.A= 0,065in ’ t = t + C.A= 0,0021 + 0,065 = 0,0671in Chọn bề dày tiêu chuẩn tn = 0,0878in = 2mm THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG Bước 4: kiểm tra tính... thiểu ống 0,07 mm 1,7 mm Bề dày ống thực 2,2 mm 2 mm Bề dày đáy/nắp tối thiểu 1,65 mm 2,5 mm Bề dày đáy/nắp thực 3,8 mm 4,24 mm Tài liệu tham khảo [1] Hồ Lê Viên Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí Trường đại học bách khoa Hà Nội: Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật [2] ASME Boiler and Pressure Vessels Codes 2013, Section II-VIII, - Rules for construction of Heating Boilers... trụ Theo phương bán kính thân trụ P< 0,385 SE P < 1,25.SE 200 < 4620 200 < 15000 t =0,0878 < 0,5.R = 0,25 => Thỏa điều kiện bền t =0,0878 < 0,5.R = 0,25 => Thỏa điều kiện bền Chọn bề dày cho đáy/ nắp là 2mm TÍNH SỐ ỐNG TÍNH SỐ ỐNG Số ống: 100 Số ống trên 1 khoang: 25 http://red-bag.com/tubesheet-layout.html SO SÁNH 2 PHƯƠNG PHÁP Hồ Lê Viên ASME Bề dày tối thiểu thân(vỏ) 1,65 mm 2,65...suất tác dụng lên bulong: Ứng Trong thực tế người ta giảm bớt ứng suất cho phép của vật liệu làm bu long, [’= k 0 [= 0,25.80=20 Chọn db = 10 mm Với và Q =max( , )= 107965,3 N , Z=16 2.2 TÍNH THEO ASME Tính toán bề dày tối thiểu của thân Tính bề dày tối thiểu t theo bán