THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa Kĩ Trường thuật Hóa Học
Bộ môn Quá trình và thiết bị
Môn học Cơ sở thiết kế máy và thiết bị hóa học

Đề tài: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN
NHIỆT
GVHD: TS Nguyễn Hữu Hiếu


NHÓM 2


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 bởi vỏ trụ, hai đầu có nắp đậy.
- Có hai không gian riêng biệt: phần bị chếm chỗ và phần rỗng, đều có một lưu thể chuyển động, trao đổi nhiệt cho nhau.


 ỨNG DỤNG


Bình ngưng tụ và hơi môi chất



Bình bốc hơi cho máy lạnh

 ƯU NHƯỢC ĐIỂM
- Ưu điểm: Gọn, chắc 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:


2. 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 trong của 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: là lực do áp suất trong thiết bị gây ra, N

là lực cần thiết để giữ đệm được kín, N

Q1 = 107965,32 N





Tính lực cần thiết để xiết chặt vòng đệm:

(N)

2
Với q0 = q0 = 25 (N/mm ) (q0 tra ở bảng 7-4/p156/HLV)


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 kính trong R theo công thức

Tính bề dày thực tế t’ và 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 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: Tính bề dày tối thiểu theo công thức:

Với:

P – áp suất tính 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 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 = 6

=> Thỏa điều kiện bền

t =0,167 < 0,5.R = 6

=> Thỏa điều 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 dày tối thiểu theo công thức:

Với:

P – áp suất tính 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 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 là 2mm


TÍNH SỐ ỐNG


TÍNH SỐ ỐNG

Số ống: 100
Số ống trên 1 khoang: 25

/>

SO SÁNH 2 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

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



[3] />