乙烯冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)-固定管板式換熱器【含CAD高清圖紙和說明書】

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This type of heat exchanger has the characteristics of a simple structure, compact, high reliability and wide adaptability , and low cost of the production, wide choice of used materials, more convenient of cleaning heat exchanger the surface . Fixed tube plate heat exchanger can withstands the higher operating pressure and temperature, so it has the absolute advantage in the possession of high temperature and high pressure heat exchangers and large,.This design topic is naphtha condenser design, the goal which the topic anticipated achieved:The craft design of heat exchanger:the heat transfer area computation(actual heat transfer area:322.2mm2);tube side pressure drop computation(0.4MPa);the craft structure size computation:number of tube passes(2 tube passes),the number of heat exchange tube(inside diameter:19mm,number:900),the inside diameter of shell(1000mm), number of shell passes(1 shell passes),the lectotype of baffle board(form:segmental baffle,number:13)etcThe strength calculation of heat exchanger:the computation and check of cylinder thinckness and channel thinckness,the shell and the reinforcement for opening supplements the intensity,the extension part concurrently makes the flange the computation and the intensity calculation. Examinatation part carried on the hydraulic pressure test, the pressure examination and so on, in which all results has been all qualifiedThe structural design of the heat exchanger:The specification and lectotype of baffle plate、flange(type A manhole weded flange)、heat exchange tube、suppot(saddle support)、gasket(paronite gasket)Consummates the design paper and the design instruction bookletKeywords: heat exchanger; craft;structure; intensity I 目 錄摘 要IAbstractII第1章 引言11.1 換熱器的用途11.2換熱器的分類11.3 換熱器的發(fā)展趨勢1第2章 固定管板式換熱器的工藝計(jì)算32.1 估算換熱面積32.1.1 選擇換熱器的類型32.1.2 流程安排32.1.3 確定物性數(shù)據(jù)32.1.4 估算傳熱面積42.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸52.2.1 管徑和管內(nèi)流速52.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)52.2.4 傳熱管排列和分程方法72.2.5 殼體內(nèi)徑82.2.6 折流板82.2.7其他附件92.2.8 接管92.3 換熱器核算102.3.1 熱流量核算102.3.2 壁溫核算132.3.3 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力152.4 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果17第3章 強(qiáng)度計(jì)算193.1 筒體壁厚計(jì)算193.2 管箱短節(jié)、封頭厚度的計(jì)算203.2.1 管箱短節(jié)厚度的計(jì)算203.2.2 封頭厚度的計(jì)算203.3 管箱短節(jié)開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核213.4殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng)校核223.5 管板設(shè)計(jì)及校核233.5.1 管板計(jì)算的有關(guān)參數(shù)的確定233.5.2 計(jì)算法蘭力矩273.5.3管板的計(jì)算的相關(guān)參數(shù)273.5.4 確定和293.5.5 對(duì)于其延長部分兼作法蘭的管板計(jì)算293.5.6 設(shè)計(jì)條件不同的組合工況30第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)364.1折流擋板364.2 法蘭364.3 換熱管374.4 支座374.5 壓力容器選材原則384.6 墊片39第5章 結(jié)論40參 考 文 獻(xiàn)41致 謝4318 第1章 引言1.1 換熱器的用途換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門1。它的主要功能是保證工藝過程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一2。換熱器在節(jié)能技術(shù)改革中具有的作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量的換熱器的效率顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來回收工業(yè)余熱，可以顯著提高設(shè)備的熱效率3。1.2換熱器的分類換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。按其用途：可將換熱器分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器45。按其傳熱方式和作用原理：可分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器等。其中間壁式換熱器為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴(kuò)展表面換熱器等。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過換熱管的管壁進(jìn)行傳熱。具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、制造簡便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器5。管殼式換熱器的形式：管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器等68。1.3 換熱器的發(fā)展趨勢二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器912。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意13。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器14。當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本趨勢是：繼續(xù)提高設(shè)備的傳熱效率，促進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，加強(qiáng)生產(chǎn)制造成本的標(biāo)準(zhǔn)系列化，并在廣泛的范圍內(nèi)繼續(xù)向大型化發(fā)展，并CDF（Comptational Fluid Dynamics）模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成一個(gè)高技術(shù)體系1516。板翅式換熱器（冷箱）主要用于乙烯裂解，空氣分離和天然氣液化等。我國杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司（杭氧）在引進(jìn)美國S-W公司技術(shù)和關(guān)鍵加工設(shè)備大型真空釬焊爐基礎(chǔ)上，生產(chǎn)制造出的乙烯冷箱，設(shè)計(jì)水平和制造能力已基本達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在燕山，揚(yáng)子，上海，天津，廣州及齊魯?shù)纫蚁└脑祉?xiàng)目中得到應(yīng)用。板翅式換熱器流道多達(dá)15股，單體外形尺寸達(dá)6m1.11.154m,最高設(shè)計(jì)壓力達(dá)5.12Mpa。 管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大和使用范圍廣等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用。尤其在高溫高壓和大型化的場合下，以及制造工藝上的進(jìn)一步自動(dòng)化和機(jī)械化，管殼式換熱器今后將在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到繼續(xù)發(fā)展17。第2章 固定管板式換熱器的工藝計(jì)算2.1 估算換熱面積2.1.1 選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度170，出口溫度140；冷流體進(jìn)口溫度70，出口溫度90，因此初步確定選用固定管板式換熱器。2.1.2 流程安排從兩物流的操作壓力來看，應(yīng)使溫度低的走管程，溫度高的走殼程。2.1.3 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程流體的定性溫度為： 管程流體的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。在155下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 =1.38kg/定壓比熱容 =1.038kJ/kg熱導(dǎo)率 =0.0545W/m粘度 =2.3PasN2在80下的物性數(shù)據(jù)：密度 =1.14kg/定壓比熱容 =1.038kJ/kg熱導(dǎo)率 =0.051W/m粘度 =2.1Pas2.1.4 估算傳熱面積1.熱流量： （2-1）2.平均傳熱溫差: （2-2）3.傳熱面積：由于殼程的壓力較高，故可以選取較大的K值。假設(shè)K=20W/（.K）則估算的面積為： （2-3） 2.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.2.1 管徑和管內(nèi)流速換熱管的規(guī)格包括管徑和管長，換熱管直徑越小，換熱器單位體積的換熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些，但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞。本設(shè)計(jì)選用252較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=10.8m/s2.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)19： （2-4）按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為： （2-5） 按單程管設(shè)計(jì)傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。我國生產(chǎn)的鋼管系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5m,2m,3m,4.5m,6m和9m,根據(jù)選定的管徑和流速，現(xiàn)取傳熱管長。則該換熱器的管程數(shù)為： （2-6） 傳熱管總根數(shù)： 平均溫差校正系數(shù)：按單殼程，兩管程結(jié)構(gòu)，查得：平均傳熱溫差： （） （2-7）由于平均溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。2.2.4 傳熱管排列和分程方法管子的排列方式有等邊三角形，正方形，轉(zhuǎn)角正方形三種。與正方形相比，等邊三角形排列比較僅湊，管外流體湍動(dòng)程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖然比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗比較方便，對(duì)易結(jié)垢流體更為適用。若將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn)45安裝，可在一定程度上提高對(duì)流傳熱系數(shù)12。圖2-1 換熱管排列方式綜合本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)考慮采用正三角形排列方法。取管心距 （焊接時(shí)），則 （2-8）隔板中心到力氣最近一排管中心距離： （2-9）2.2.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為： （2-10）按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取mm。2.2.6 折流板安裝折流擋板的目的是為了提高管外對(duì)流傳熱系數(shù)，為取得良好效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)，本設(shè)計(jì)采用弓形折流板，弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生死區(qū)，太大不利于傳熱，太小又增加流體阻力12。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：（mm）故可取h=1665（mm）取折流板間距，則：（mm）故可取B=200（mm）折流板數(shù)： （2-11）2.2.7其他附件根據(jù)本換熱器殼體的內(nèi)徑，故按標(biāo)準(zhǔn)取拉桿直徑為，拉桿數(shù)量4根。殼程入口處應(yīng)設(shè)防沖擋板19。如下表所得：表2-1 拉桿直徑表換熱管外徑d 拉桿直徑dn10d14 1014d25 1225d57 162.2.8 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)流速為，則接管內(nèi)徑為: （2-12）圓整后可取內(nèi)徑為360mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑為： （2-13）圓整后取管內(nèi)徑為410mm。2.3 換熱器核算2.3.1 熱流量核算（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1819用克恩法計(jì)算， （2-14）當(dāng)量直徑： （2-15）殼程流通截面積： （2-16）殼體流體流速及雷諾數(shù)分別為： （2-17） （2-18）普朗特?cái)?shù)： （2-19）粘度校正：則： (2) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： （2-20）管程流體流通截面積： （2-21）管程流體流速： 普朗特?cái)?shù)： （2-22） （3）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻： 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻： 碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為管壁熱阻為：(4) 傳熱系數(shù) （2-23） （5）傳熱面積裕度計(jì)算的傳熱面積為： （2-24）該換熱器的實(shí)際傳熱面積為： （2-25）該換熱器的面積裕度為： （2-26）傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2.3.2 壁溫核算由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，減低了傳熱管和殼體的壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫19。 （2-27）式中液體的平均溫度和為：（） （2-28）（） （2-29） 傳熱管平均壁溫：殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為：由于換熱器殼程流體的溫差不大，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。2.3.3 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1）管程流體阻力 （2-30） （2-31）傳熱管對(duì)粗糙度，查圖得流速， （Pa） （Pa） （2-32） (Pa)管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)19。（2）殼程阻力 （2-33） . （2-34） （2-35） m/s (Pa)流體流過折流板缺口的阻力： （2-36）m, m（Pa）總阻力：（Pa）由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。2.4 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表2-2 物性參數(shù)表 參數(shù) 管程 殼程流率/（Kg/h） 148971 347600進(jìn)/出溫度/ 70/90 170/140壓力/MPa 0.045 0.009 定性溫度/ 80 155密度/（Kg/m） 1.38 1.14定壓比熱容/KJ/(Kg.K) 1.038 1.038粘度/cp 0.211 0.23熱導(dǎo)率/W/(m.) 0.051 0.054普朗特?cái)?shù) 4.42 4設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)：殼體內(nèi)徑/mm：800 ， 殼程數(shù)：1 ，管徑/mm：252， 材質(zhì)：碳鋼，管心距/mm ：25 ， 管數(shù)目/根：449，折流板數(shù)/個(gè)：2 ， 傳熱面積/：176，折流板間距/mm ：2000，管程數(shù)：1 。表2-3 計(jì)算結(jié)果表主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程流速/（m/s） 10.8 20表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(.) 7637 1565污垢熱阻/（.h./Kcal） 0.0002 0.000176阻力/MPa 0.0288 0.025傳熱溫差/K 62.3面積裕度 17.9浙江大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 強(qiáng)度計(jì)算3.1 筒體壁厚計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)溫度155，設(shè)計(jì)壓力=1.1=1.10.099=0.0099，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制.材料170時(shí)的許用應(yīng)力=170Mpa（假設(shè)厚度為616mm時(shí)）12取焊縫系數(shù)=0.85,腐蝕裕度C2=2mm.則計(jì)算厚度 （3-1） 設(shè)計(jì)厚度 （3-2）對(duì)于16MnR，鋼板負(fù)偏差，因而可取名義厚度。有效厚度 （3-3）水壓試驗(yàn)壓力 （3-4）所選材料的屈服應(yīng)力 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 （3-5） 水壓強(qiáng)度滿足要求.氣密試驗(yàn)壓力 3.2 管箱短節(jié)、封頭厚度的計(jì)算3.2.1 管箱短節(jié)厚度的計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)參數(shù)為:設(shè)計(jì)溫度60,設(shè)計(jì)壓力=1.1=1.10.4=0.44,選用16MnR鋼板,材料許用應(yīng)力=170Mpa,屈服強(qiáng)度,取焊縫系數(shù)12計(jì)算厚度 （3-6）設(shè)計(jì)厚度 （3-7）名義厚度 （3-8）綜合考慮結(jié)構(gòu),補(bǔ)強(qiáng),焊接的需要,取有效厚度 （3-9）3.2.2 封頭厚度的計(jì)算殼體封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計(jì)算厚度 （3-10）名義厚度 （3-11）為了便于選材殼體封頭厚度取與短節(jié)厚度相同.有效厚度 壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核 水壓試驗(yàn)壓力 （3-12） （3-13）3.3 管箱短節(jié)開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法,由工藝設(shè)計(jì)給定的接管尺寸為考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴? ,腐蝕裕度 （3-14） 接管計(jì)算壁厚 （3-15）接管有效壁厚 （3-16）開孔直徑 （3-17）接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 （3-18）接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 （3-19）需要補(bǔ)強(qiáng)面積 （3-20）可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為 （3-21） （3-22） （3-23）該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。3.4殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng)校核開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)。選取20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?，鋼管的許用應(yīng)力，接管計(jì)算壁厚 （3-24）接管有效壁厚 （3-25）開孔直徑 （3-26）接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 （3-27）接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 （3-28）需要補(bǔ)強(qiáng)面積 （3-29）可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為 （3-30） （3-31） （3-32）無需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。3.5 管板設(shè)計(jì)及校核3.5.1 管板計(jì)算的有關(guān)參數(shù)的確定計(jì)算殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 （3-33） 圓筒殼壁金屬的橫截面積 （3-34） 一根換熱管管壁金屬的橫截面積 （3-35） （3-36） 兩管板間換熱管有效長度(估計(jì)管板厚度為) （3-37） 管束模數(shù)根據(jù)查得(換熱管材料為) （3-38） 管子回轉(zhuǎn)半徑 （3-39） 管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度由,確定 （3-40） 取 （3-41）管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力根據(jù)查得4 （3-42） ,由公式得為 （3-43） 管板開孔后面積 （3-44） 管板布管區(qū)面積 （3-45） 管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑 （3-36） 系數(shù)為 （3-37） 殼體不帶波形膨脹節(jié)時(shí),換熱管束與圓筒剛度比 （3-38） 系數(shù)、 （3-39） （3-40） （3-41） 管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比 （3-42） 3.5.2 計(jì)算法蘭力矩根據(jù),殼程直徑,選用甲型平焊法蘭,直徑螺柱選用,數(shù)量,材料為20。預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 墊片選用石棉橡膠板墊片,公稱直徑,公稱壓力P=1.0Mpa墊片型號(hào):1400-1.0JB/T4701-2000,D=1155mm,d=20mm.根據(jù)表查得系數(shù)，比壓力21。 3.5.3管板的計(jì)算的相關(guān)參數(shù)確定假定管板的計(jì)算厚度，則換熱管的加強(qiáng)系數(shù)為 （3-43） 剛度參數(shù)計(jì)算及某些系數(shù)的確定確定（根據(jù)） （3-44） （3-45） （3-46） 3.5.4 確定和由和根據(jù)查得 （3-47） 3.5.5 對(duì)于其延長部分兼作法蘭的管板計(jì)算計(jì)算 （3-48） 由和根據(jù)查得計(jì)算 （3-49） （3-50） （3-51） 3.5.6 設(shè)計(jì)條件不同的組合工況殼程壓力作用下的危險(xiǎn)組合殼程壓力 管程壓力 不計(jì)膨脹 由和根據(jù)查得 則取與中較大的值 （3-5255）（1）管板應(yīng)力 （3-56） （3-57） （3-58） （2）殼體法蘭應(yīng)力 （3-59） 按 （3-60） （3）管子應(yīng)力 （3-61） （4）殼程圓筒軸向應(yīng)力 （3-62） （5）拉脫應(yīng)力連接形式選用焊接 （3-63）管程壓力作用下的危險(xiǎn)組合殼程壓力 管程壓 不計(jì)膨脹差 （3-6467）由和根據(jù)查得 則 （3-6871） （1）管板應(yīng)力 （3-72） （3-73） （3-74） （3-75） （2）殼體法蘭應(yīng)力 （3-76） 按 （3-77） （3）管子應(yīng)力 （3-78） （4）殼程圓筒軸向應(yīng)力 （3-79） （5）拉脫應(yīng)力連接形式選用焊接 （3-80）計(jì)算結(jié)果表明進(jìn)行的管板設(shè)計(jì)合格。第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外對(duì)流傳熱系數(shù)，為取得良好效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。對(duì)常用的圓缺型擋板，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響。弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生“死區(qū)”，太大不利于傳熱，太小又增加流體阻力。擋板的間距對(duì)殼程的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外對(duì)流傳熱系數(shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。我國系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：固定管板式有 100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、700mm、7種；浮頭式有100mm、150mm、250mm、300mm、350mm、450mm、(或480mm)、600mm 8種18。4.2 法蘭換熱器設(shè)備常用的法蘭分為設(shè)備法蘭和管法蘭兩類。設(shè)備法蘭標(biāo)準(zhǔn)有：JB 4710甲型平焊法蘭 選用壓力范圍為0.251.6 Mpa JB 4702 乙形平焊法蘭 選用壓力范圍為0.254.0 Mpa JB 4703 長頸對(duì)焊法蘭 選用壓力范圍為 0.66.4 Mpa本設(shè)計(jì)選用JB 4701甲型平焊法蘭 選用壓力范圍為0.251.6 Mpa。甲型平焊法蘭只有法蘭環(huán)。一般采用鋼板制作，必要時(shí)也可以采用鍛件軋制，與圓筒體或封頭角焊連接。由于法蘭環(huán)與筒體或封頭連接的整體性差，即該法蘭的連接強(qiáng)度和剛度較小，因此只適用于溫度、壓力較低的場合。在現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，甲型平焊法蘭只有四個(gè)壓力等級(jí)（PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa），公稱直徑的適用范圍也較小（DN3002000mm），所用工作溫度范圍為-2030022。4.3 換熱管換熱管的規(guī)格包括管徑和管長。換熱管的直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些，但對(duì)于不潔凈或亦結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)該取得大些，以免堵塞。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用252和192兩種規(guī)格，對(duì)于一般流體是適用的。此外還有382.5，572.5的無縫鋼管。本設(shè)計(jì)選用252規(guī)格的換熱管。我國生產(chǎn)的鋼管系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m，按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管長合理截取。同時(shí)管長又應(yīng)與殼徑相適應(yīng)，一般管長與殼徑之比，即L/D為34.5。本設(shè)計(jì)選用3m的管長。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊管外流體湍流程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對(duì)亦結(jié)垢流體更為適用。本設(shè)計(jì)選用等邊三角形的排列方式18。4.4 支座化工壓力容器及設(shè)備都是通過支座固定在工藝流程中的某一位置上的。支座的形式主要分三大類：立式容器支座、臥式容器支座、球式容器支座。臥式容器支座又可分為鞍式支座、圈式支座和支腿式支座，尤以鞍式支座使用最為廣泛。鞍式支座的結(jié)構(gòu)特征：1鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)分輕型（代號(hào)A）和重型（代號(hào)B）兩種。輕型用于滿足一般臥式容器使用要求；重型用以滿足臥式換熱器、盛裝液體重度大和L/D大的臥式容器使用要求。2根據(jù)安裝形式，鞍式支座分固定式（代號(hào)F）和滑動(dòng)式（代號(hào)S）兩種。3鞍式支座適用于臥式容器直徑DN159426（用無縫管件筒體）、3004000（用卷制筒體）的范圍內(nèi)22。本設(shè)計(jì)選用鞍式支座23 圖4-1 鞍式支座4.5 壓力容器選材原則1.選用壓力容器材料時(shí)，必須考慮容器的工作條件，如溫度、壓力和介質(zhì)特征；材料的使用性能，如機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能；加工性能，如材料的焊接性能和冷熱加工性能；經(jīng)濟(jì)合理性能，如材料的價(jià)格、制造費(fèi)用和使用壽命。2.剛制壓力容器用鋼材應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)鋼制壓力容器中所列材料選用，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定設(shè)計(jì)壓力不大于35Mpa，對(duì)于超出規(guī)定的，應(yīng)進(jìn)行具體分析，并進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過研究以后決定。3.鋼材的使用溫度不超過各鋼號(hào)許用應(yīng)力中所對(duì)應(yīng)的上限溫度。但要注意的是，碳素鋼和碳錳鋼在高于425溫度下長期使用時(shí)，應(yīng)考慮鋼中碳化物的石墨化傾向。奧氏體剛的使用溫度高于525時(shí)，鋼中的含碳量不應(yīng)小于0.04，對(duì)于-20的低溫容器材料用鋼，還應(yīng)進(jìn)行夏比“V”型缺口沖擊試驗(yàn)。4.壓力容器非受壓元件用鋼必須有良好的可焊性。5.在考慮壓力容器受壓元件有足夠強(qiáng)度的情況下，必須考慮他的韌性，以防止外加載荷作用下發(fā)生脆性破壞22。4.6 墊片設(shè)備墊片標(biāo)準(zhǔn)主要有：JB4704 非金屬軟墊片JB4705 纏繞墊片JB4706 金屬包墊片一般情況下，非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長頸對(duì)焊法蘭。法蘭密封面形式為光滑密封面或凹凸密封面。纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長頸對(duì)焊法蘭。非金屬軟墊片厚度一般根據(jù)容器直徑選?。喝萜髦睆紻N450mm時(shí)，厚度=2mm；容器直徑DN4500mm時(shí),厚度=3mm。金屬平墊片厚度一般為36mm。墊片的選擇要綜合考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)、操作壓力、操作溫度以及需要密封的程度；對(duì)墊片本身要考慮墊片性能，壓緊用的次數(shù)。對(duì)高溫高壓的情況一般多采用金屬墊片；中溫中壓可采用金屬和非金屬組合式或非金屬墊片；中低壓情況多采用非金屬墊片；高真空或深冷溫度下以采用金屬墊片為宜。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求選用石棉橡膠板墊片，確定墊片系數(shù)m=2.5，比壓力y=20MPa，墊片尺寸D=944,d =90421。第5章 結(jié)論半學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，我完成了石腦油冷凝器的工藝設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)的計(jì)算，確定了設(shè)備結(jié)構(gòu)，完善了設(shè)計(jì)圖紙。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我系統(tǒng)全面地了解了化工設(shè)備的設(shè)計(jì)過程，對(duì)化工設(shè)備有了更深刻、全面地認(rèn)識(shí)，拓寬了知識(shí)領(lǐng)域，為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了換熱面積估算,實(shí)際換熱面積為 92.6 m2,面積裕度為17.9%,工藝結(jié)構(gòu)尺寸的確定，殼體內(nèi)徑為800,換熱管規(guī)格為252；流動(dòng)阻力計(jì)算；零部件選型，選用甲型平焊法蘭，墊片選用石棉橡膠板墊片，鞍式支座，折流板選用弓形折流板，螺栓規(guī)格M1260；設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算，經(jīng)計(jì)算及校核后，所得的數(shù)據(jù)均符合要求。參 考 文 獻(xiàn)1 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)M.化工工業(yè)出版社 2005.72 羅光華,馮莉.超限型換熱器的制造.J石油化工設(shè)備,2004,33(7):32-353 秦叔經(jīng)，葉文邦，等?；ぴO(shè)備設(shè)計(jì)全書M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19974 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編.GB15098 鋼制壓力容器匯編，第一版S.北京：學(xué)苑出版社，19985 G.,Industrial Heat Exchangers (a basic guide) A,Hemisphere Publishing Co.New York,19826 張康答，洪起超等.壓力容器手冊(cè)M.北京：勞動(dòng)人事出版社，1987 7 M.and London、A.L.，Compact Heat Exchangers，2nd edJ.，MacGraw-Hill Book Company，New York，1984 8 錢頌文主編.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)M，北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，20029 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì)換熱器設(shè)計(jì)M上海科學(xué)技術(shù)出版社10 化工基本過程與設(shè)備M化學(xué)工業(yè)出版社11 譚天恩麥本熙丁惠華化工原理M上冊(cè)北京：化學(xué)工業(yè)出版社198412 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB151-1999管殼式換熱器S13 陳匡民過程裝備腐蝕與防護(hù)M化學(xué)工業(yè)出版社 14 樓宇新.化工機(jī)械制造工藝與安裝修理M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1981 15 鄭品森.化工機(jī)械制造工藝M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1981 16 ZHANG Qing-lin, YOU Li-ming(Dalian RefrigeratorCo., LtdJ., Dalian 116033, China) The Common HeatExchangers For IndustrialRefrigeration System 17 E.U.Schlun,Editor-in-chief,Heat Exchanger Design Handbook, Hemisphere Publishing Corporation,198318 李鳳華,于士君. 化工原理M. 大連：大連理工大學(xué)出版. 2004.19 匡國柱,史起才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2002.20 JB/T470047072000. 壓力容器法蘭S. 云南：云南科技出版社出版. 2000. 21 鋼制管法蘭,墊片,緊固件S.中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部.1991. 22 李勤,李福寶.壓力容器過程設(shè)備M.2006.23 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).容器支座S.中華人民共和國機(jī)械電子工業(yè)部,中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部,中華人民共和國勞動(dòng)部,中國石油化工總公司發(fā)布.1992. 致 謝47- 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：乙烯冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)學(xué)生姓名彭澤桃學(xué)號(hào)0903020426教學(xué)院系機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)過程裝備與控制工程指導(dǎo)教師職稱單位西南石油大學(xué)選題的依據(jù)及意義： 乙烯是世界上產(chǎn)量最大的化學(xué)產(chǎn)品之一,乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心,乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的70%以上,在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位.世界上已將乙烯產(chǎn)品已成為衡量一個(gè)國家化學(xué)工業(yè)水平的重要標(biāo)志乙烯生產(chǎn)的規(guī)模、成本、生產(chǎn)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量等都會(huì)對(duì)整個(gè)石油化工聯(lián)合企業(yè)起到支配作用，因此乙烯裝置就成為關(guān)系全局的核心生產(chǎn)裝置之一，世界各國自1960年以來在其節(jié)能、降耗、減少投資、方便操作管理、降低生產(chǎn)成本以提高乙烯企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益方面開展了廣泛的研究并取得了卓有成效的進(jìn)展 換熱器的基建投資在一般化工、石化企業(yè)中約占設(shè)備總投資的20%，其中固定管板式換熱器約占換熱器的70%。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱器的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。本課題所設(shè)計(jì)的冷卻器屬于固定管板換熱器，是針對(duì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照相關(guān)規(guī)定的要求，通過壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核等，設(shè)計(jì)固定管板式換熱器產(chǎn)品。熟悉壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中區(qū)，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）： 2.1換熱器的概念及意義 在化工生產(chǎn)中為了實(shí)現(xiàn)物料之間能量傳遞過程在、需要一種傳熱設(shè)備。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝。換熱器就是用來進(jìn)行這些熱傳遞過程的設(shè)備，通過這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高流體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。它是化工煉油，動(dòng)力，原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，對(duì)于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時(shí)作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的，任何化工生產(chǎn)中，無論是國內(nèi)還是國外，它在生產(chǎn)中都占有主導(dǎo)地位。2.2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列的管殼式換熱器則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。 流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：（1）固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡單,但只適用 于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機(jī)械清洗時(shí)的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。（2）浮頭式換熱器 管束一端的管板可自由浮動(dòng)，完全消除了熱應(yīng)力;且整個(gè)管束可從殼體中抽出,便于機(jī)械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。（3） U型管換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。 （4）非金屬材料換熱器 化工生產(chǎn)中強(qiáng)腐蝕性流體的換熱，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。其中以碳化硅為主要材質(zhì)的陶瓷換熱器具有以下特點(diǎn)：陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風(fēng)及高溫保護(hù)，當(dāng)窯爐溫度1250-1450時(shí)，煙道出口的溫度應(yīng)是1000-1300，陶瓷換熱器回收余熱可達(dá)到450-750，將回收到的的熱空氣送進(jìn)窯爐與燃?xì)庑纬苫旌蠚膺M(jìn)行燃燒，可節(jié)約能源25%45%，這樣直接降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。 陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。經(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí)踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。是目前回收高溫?zé)煔庥酂岬淖罴蜒b置。目前，陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐，正在為世界的節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。 流道的選擇：進(jìn)行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便；腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時(shí)受腐蝕；壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān),且冷凝液容易排出；若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時(shí)，宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程，以減小熱應(yīng)力。 操作強(qiáng)化：當(dāng)管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時(shí)（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應(yīng)設(shè)法減小傳熱分系數(shù)低的一側(cè)的熱阻。如果管外傳熱分系數(shù)小，可采用外螺紋管（低翅片管），以增大管外一側(cè)的傳熱面積和流體湍動(dòng)，減小熱阻。如果管內(nèi)傳熱分系數(shù)小，可在管內(nèi)設(shè)置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強(qiáng)管內(nèi)擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，當(dāng)然這時(shí)流體的流動(dòng)阻力也將增大。1、主要控制參數(shù) 管殼式換熱器的主要控制參數(shù)為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。2、選用要點(diǎn) 1）、根據(jù)已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計(jì)換熱面積，一般先假定傳熱系數(shù)，確定換熱器構(gòu)造，再校核傳熱系數(shù)K值。 2）、選用換熱器時(shí)應(yīng)注意壓力等級(jí)，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長型，有利于提高換熱量。 3）、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.010.05MPa之間； 4）、流速大小應(yīng)考慮流體黏度，黏度大的流速應(yīng)小于0.51.0m/s；一般流體管內(nèi)的流速宜取0.41.0m/s；易結(jié)垢的流體宜取0.81.2m/s。 5）、高溫水進(jìn)入換熱器前宜設(shè)過濾器。 6）、熱交換站中熱交換器的單臺(tái)處理和配置臺(tái)數(shù)組合結(jié)果應(yīng)滿足熱交換站的總供熱負(fù)荷及調(diào)節(jié)的要求。在滿足用戶熱負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的前提下，同一個(gè)供熱系數(shù)中的換熱器臺(tái)數(shù)不宜少于2臺(tái)，不宜多于5臺(tái)。2.3換熱器的發(fā)展歷史二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板式管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為各種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翹式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓，釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。從此，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類?；旌鲜綋Q熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等：板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翹式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求面設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫度分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減??；若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化（沸騰或冷凝）時(shí)，由于相變時(shí)只放出或吸收氣化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個(gè)重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層（稱為邊界層），和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對(duì)較小。增加流體的流速和擾動(dòng)性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會(huì)使能量消耗增加，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都有金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作換熱器等。2.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2.4.1國內(nèi)外的狀況管殼式換熱器是一個(gè)量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對(duì)海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強(qiáng)化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。對(duì)材料的噴涂，我國已從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價(jià)格比鈦材便宜，應(yīng)予注意5。近年來國內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要，“十一五”期間我國經(jīng)濟(jì)增長將保持年均7.5的速度。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭，預(yù)計(jì)2010年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過5000億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破4000億元。這些行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。未來，國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)；要求產(chǎn)品性價(jià)比提高；對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化的需求趨勢強(qiáng)烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項(xiàng)目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一般石油化工企業(yè)中，換熱器的投資占全部投資的40-50；在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中約占30-40；在熱電廠中，如果把鍋爐也作為換熱設(shè)備，換熱器的投資約占整個(gè)電廠總投資的70；在制冷機(jī)中，蒸發(fā)器的質(zhì)量要占制冷機(jī)總質(zhì)量的30-40，其動(dòng)力消耗約占總值的20-30。由此可見，換熱器的合理設(shè)計(jì)和良好運(yùn)行對(duì)企業(yè)節(jié)約資金、能源和空間都十分重要。提高換熱器傳熱性能并減小其體積，在能源日趨短缺的今天更是具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。螺旋折流板換熱器是最新發(fā)展起來的一種管殼式換熱器是由美國ABB 公司提出的。其基本原理為:將圓截面的特制板安裝在”擬螺旋折流系統(tǒng)”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個(gè)折流板與殼程流體的流動(dòng)方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運(yùn)動(dòng)能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。在氣一水換熱的情況下傳遞相同熱量時(shí)該換熱器可減少30 %-40 %的傳熱面積節(jié)省材料20 %-30 %。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn)象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng);在相同流速時(shí)殼程流動(dòng)壓降小;基本不存在震動(dòng)與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。對(duì)于低雷諾數(shù)下(Re 1 000) 的傳熱螺旋折流板效果更為突出。2.4.2生產(chǎn)需求狀況 換熱器廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備量和設(shè)備投資的40%左右。在換熱器設(shè)備中，因管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、適應(yīng)性大、材料范圍廣等優(yōu)。市場供需關(guān)系是影響市場變化的主要因素，在激烈地市場競爭中，企業(yè)及投資人能否全面準(zhǔn)確地了解自己以及所處的環(huán)境，做出適時(shí)有效的市場決策是制勝的關(guān)鍵。市場供需情況就是為了解行情、分析環(huán)境提供依據(jù)，是企業(yè)了解市場和把握發(fā)展方向的重要手段，是輔助企業(yè)決策的重要工具。除了一些新材料新型換熱設(shè)備外管殼式換熱器需求量依然很大，如果能更近一步發(fā)展管殼式換熱器前途遠(yuǎn)大。3、 研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：設(shè)置一固定管板式換熱器，已知條件如下已知條件殼程管程工作壓力40.45工作溫度（進(jìn)口）9230工作溫度（出口）3535操作介質(zhì)乙烯冷卻水換熱面積400m22.要求英文資料翻譯忠實(shí)原文；3. 要求設(shè)計(jì)合理的換熱器結(jié)構(gòu)；4. 要求繪制所設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)圖。5. 要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設(shè)計(jì)計(jì)算正確，論文格式規(guī)范。4、 目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度主要特色 完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足如下基本條件：（1） 合理的實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；（2） 結(jié)構(gòu)安全可靠；（3） 便于制造、安裝、操作和維修；（4） 具有較好的經(jīng)濟(jì)性。本文在設(shè)計(jì)固定管殼式換熱器的時(shí)候，根據(jù)各方面的條件和資料仔細(xì)、合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足給出數(shù)據(jù)要求，并力求合理、經(jīng)濟(jì)。同時(shí)。在數(shù)據(jù)完成后，經(jīng)過熱量、溫度、阻力、強(qiáng)度的核算，使換熱器安全可靠，并便于操作和安裝，以人為本。管殼式換熱器追求的目標(biāo)是：綜合傳熱系數(shù)K值高；兩側(cè)流體的壓力損失P值低；體積的緊湊度a值高；低廉的成本和價(jià)格；性能持久和使用壽命長；制造容易和操作方便。工作進(jìn)度五、參考文獻(xiàn)1史美中等主編.熱交換器原理與設(shè)計(jì)M. 南京：東南大學(xué)出版社，19952. 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