固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

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1、第 I 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 換熱器是化工、石油、動(dòng)力、冶金、交通、國(guó)防等工業(yè)部門(mén)重要工藝設(shè)備之一，其正確的設(shè)置，性能的改善關(guān)系各部門(mén)有關(guān)工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及能源的有效利用與節(jié)約，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著十分重要的影響。 換熱器的型式繁多，不同的使用場(chǎng)合使用目的不同。其中常用結(jié)構(gòu)為管殼式，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、選材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)，在各工業(yè)部門(mén)應(yīng)用最為廣泛。 固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種典型結(jié)構(gòu)，也是目前應(yīng)用比較廣泛的一種換熱器。這類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠性高、適應(yīng)

2、性廣的特點(diǎn),并且生產(chǎn)成本低、選用的材料范圍廣、換熱表面的清洗比較方便。固定管板式換熱器能承受較高的操作壓力和溫度，因此在高溫高壓和大型換熱器中，其占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 固定管板式換熱器主要由殼體、換熱管束、管板、前端管箱（又稱頂蓋或封頭）和后端結(jié)構(gòu)等部件組成。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。管箱和后端結(jié)構(gòu)分別與殼體兩端的法蘭用螺栓相連，檢修或清洗時(shí)便于拆卸。換熱器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣最終要看是否適用、經(jīng)濟(jì)、安全、運(yùn)行靈活可靠、檢修清理方便等等。一個(gè)傳熱效率高、緊湊、成本低、安全可靠的換熱器的產(chǎn)生，要求在設(shè)計(jì)時(shí)精心考慮各種問(wèn)題.準(zhǔn)確的熱力設(shè)計(jì)和計(jì)算，還要進(jìn)行強(qiáng)度校核和符合要求的工藝制造水平。 關(guān)鍵詞：換

3、熱器；固定管板式換熱器；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì) 第 II 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) The Structural Design of Fixed Tube Plate Heat Exchanger Author : Chen Hui-juan Tutor : Li Hui Abstract Heat exchanger is one of the most important equipments which is used in the f

4、ields of chemical, oil, power, metallurgy, transportation, national defense industry. Its right setting and the improvements of performance play an important role in the rationality o technology, economy, energy utilization and saving, which has a very important impact on the national economy. The

5、type of heat exchanger is various, the different use occasions and the purpose is different.Which are commonly used for the tube shell type structure, because of its simple structure, low cost and wide selection, easy to clean, strong adaptability, the most widely used in various industry department

6、s. Fixed tube plate heat exchanger is a kind of typical structure of tube and shell heat exchanger, also is a kind of heat exchanger is applied more widely. This kind of heat exchanger has simple and compact structure, high reliability, the characteristics of wide adaptability, and the production o

7、f low cost, wide range of selection of materials, heat exchange surface cleaning more convenient. Fixed tube plate heat exchanger can operate under high pressure and temperature, therefore, the heat exchanger in high temperature and high pressure and large in its possession of absolute advantage. F

8、ixed tube plate heat exchanger is mainly composed of shell, heat exchange tube bundle, tube plate, the front tube box (also known as the roof or head) and the back-end structure parts. Tube bundle is installed on both ends of casing, which is fixed on the tube plate. Tube box and the back-end respec

9、tively connected to the 第 III頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) flange bolts at the ends of the shell structure, maintenance or cleaning for easy disassembly. The merits of the heat exchanger design ultimately depends on whether applicable, economic, safe, flexible and reliable running, convenient maintenance

10、cleaning, etc. A high heat transfer efficiency, compact, low cost, safe and reliable production of heat exchanger, requires carefully considered in the design of all sorts of problems. The accurate thermal design and calculation, but also for intensity and conform to the requirement of process manuf

11、acturing level. Keywords: Heat exchanger,Fixed tube plate heat exchanger, Structure,Design 第 IV 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 1 緒論 1 1.1 換熱器的用途 1 1.2 換熱器的分類 1 1.2.1 管殼式換熱器的類型 1 1.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu) 3 1.3 板式換熱器的特點(diǎn) 4 1.4 板式換熱器的傳熱原理 5 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容及意義 7 1.6 換熱器的發(fā)展趨

12、勢(shì) 7 2 固定管板式換熱器的工藝計(jì)算 9 2.1 設(shè)計(jì)工藝條件 9 2.1.1 熱力計(jì)算 9 2.1.2 熱量平衡計(jì)算 9 2.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 10 2.2.1 管徑和管內(nèi)流速 10 2.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 10 2.2.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 10 2.2.4 傳熱管排列和分程方法 11 2.2.5 殼體內(nèi)徑 11 2.2.6 折流板 11 2.2.7 接管 12 2.3 換熱器核算 12 2.3.1 熱

13、流量核算 12 2.3.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力即壓降計(jì)算 14 第 V 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2.3.3 平均溫差 14 3 強(qiáng)度計(jì)算 16 3.1 管箱圓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 3.1.1 筒體壁厚計(jì)算 16 3.1.2 管箱短節(jié)的計(jì)算 16 3.2 封頭 16 3.2.1 封頭選型 17 3.2.2 封頭厚度的計(jì)算 17 3.3 管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3.3.1 管板厚度的計(jì)算 18 3.3.2

14、 管板與殼體的連接 18 3.4 折流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.5 拉桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.5.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 19 3.5.2 拉桿的數(shù)量和直徑 20 3.5.3 拉桿的布置 20 3.6 換熱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 3.6.1 換熱管的規(guī)格及尺寸 20 3.6.2 換熱管的排列圖 21 3.7 支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 3.8 雙頭螺柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 3.9 法蘭的選擇 23 3.10 墊片的選擇 24 3.11 進(jìn)出口接管位置以及外伸長(zhǎng)度 25 3.11.1 接

15、管外伸長(zhǎng)度 25 3.11.2 接管位置 25 結(jié) 論 27 第 VI 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 致 謝 28 參 考 文 獻(xiàn) 29 第13 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 緒論 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

16、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(mén)[1]。它的主要功能是保證工藝過(guò)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(lái)回收工業(yè)余熱，廢熱，特別是低品位熱能的有效裝置，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

17、卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器。 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(guò)換熱管的管壁進(jìn)行傳熱。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、制造簡(jiǎn)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。 1.2.1 管殼式換熱器的類型 根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，常將其分為固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式、滑動(dòng)管板式、雙管式等[4]。 1）固定管板式換熱器 固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖1-1所示

18、。管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵塞或更換；缺點(diǎn)是當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體與管束將會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這種換熱器適用于殼測(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢、并能進(jìn)行清洗、管程與殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼測(cè)壓力不高的場(chǎng)合[5]。 圖1-1 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖 2）浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下1-2所示。兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，稱浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱

19、應(yīng)力[6]。 浮頭換熱器的特點(diǎn)是管間與管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗大，且浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢驗(yàn)，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。適用于殼體與管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。 圖1-2 浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖 3）U形管換熱器 U形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一根管板上管子可自由伸伸縮。當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力[7]。 圖1-3 U形管換熱器結(jié)構(gòu)圖 由于彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少管束最內(nèi)層管間距

20、較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對(duì)傳熱不利，當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有管束外圍處的U形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而且壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。 U形管結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、承壓能力強(qiáng)、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)清潔 而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。 4）填料函式換熱器 填料函式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖1-4所示。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動(dòng)接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。由于采用填料函式密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可自由伸

21、縮，殼壁與管壁不會(huì)產(chǎn)生熱變形差，從而避免可熱應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出你，管內(nèi)，管間都能清洗，維修方便[8]。 圖1-4 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)圖 1.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu) 管殼式換熱器的主要零部件有殼體、接管、封頭、管板、換熱管、折流元件等，對(duì)于溫差較大的固定管板式換熱器，還應(yīng)包括膨脹節(jié)。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證冷、熱兩種流體分走管程和殼程，同時(shí)還要承受一定溫度和壓力的能力[9]。 (1)管板：管板是換熱器的重要元件，主要是用來(lái)連接換熱器，同時(shí)將管程和殼程分隔，避免冷熱流體相混合。當(dāng)介質(zhì)無(wú)腐蝕或有輕微腐蝕時(shí)，一般

22、采用碳素鋼、低合金鋼板或其鍛件制造。 (2)管子與管板的連接：管子與管板的連接必須牢固，不泄漏。既要滿足其密封性能，又要有足夠的抗拉強(qiáng)度。其連接形式主要有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接、脹焊結(jié)合等[10]。 (3)管箱：其作用是把管道中來(lái)的流體均勻分布到各換熱管中，將換熱管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器[11]。 (4)折流板和支承板：殼程內(nèi)側(cè)裝設(shè)折流板或支承板，折流板的作用是組殼間流道，使流體以適當(dāng)?shù)牧魉贈(zèng)_刷管束，提高傳熱系數(shù)，改善傳熱效果，以達(dá)到一定的傳熱強(qiáng)度。常用的折流板有弓形和圓環(huán)形兩種，弓形折流板又分為單弓形、雙弓形和三弓形[12]。 (5)拉桿和定距管：折流板的安裝一般是用拉桿和定距管組合

23、并與管板固在一起。拉桿與管板連接的一端可用焊接或螺紋連接，另一端也用焊接或螺紋固定。一般拉桿的直徑不得小于10mm、數(shù)量不得小于4根[13]。 (6)管板與殼體的連接：其連接型式可分為不可拆式和可拆式。 1.3 板式換熱器的特點(diǎn)（板式換熱器與管殼式換熱器的比較） (1)傳熱系數(shù)高 由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動(dòng)，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=50~200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認(rèn)為是管殼式的3~5倍。 (2)占地面積小 板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)所，因此實(shí)現(xiàn)

24、同樣的換熱量， 板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/10。 (3)容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板，即可達(dá)到增加或減少換 熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。 (4)重量輕 板式換熱器的板片厚度僅為0.4~0.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚 度為2.0~2.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼 式重量的1/5左右。 　　(5)價(jià)格低采用相同材料，[14]在相同換熱面積下，板式換熱器價(jià)格比管殼式約低40%~60%。 　　(6

25、)制作方便 板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。 　　(7)不易結(jié)垢 由于內(nèi)部充分湍動(dòng)，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3~1/10。 (8)容易清洗 框架式板式換熱器只要松動(dòng)壓緊螺栓，即可松開(kāi)板束，卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗，這對(duì)需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過(guò)程十分方便。 (9)熱損失小 板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計(jì)，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。 (10)對(duì)數(shù)平均溫差大，末端溫差小 在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流流動(dòng)，對(duì)數(shù)平

26、均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動(dòng)方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體 在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面、無(wú)旁流，因此使得板式換熱器的末端溫 差小，對(duì)水換熱可低于1℃，而管殼式換熱器一般為5℃。 (11)容量較小 是管殼式換熱器的10%~20%。 　 (12)單位長(zhǎng)度的壓力損失大 由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。 　　(13)工作壓力不宜過(guò)大，介質(zhì)溫度不宜過(guò)高，有可能泄露 板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過(guò)2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250℃以下，否則有可能泄露。 　　(14)易堵塞

27、由于板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆粒或纖維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞板間通道。 1.4 板式換熱器的傳熱原理 傳熱，即熱量傳遞，是自然界中最普遍存在的物理現(xiàn)象，凡是有溫度差存在的物系之間，會(huì)導(dǎo)致熱量從高溫處向低溫處的傳熱過(guò)程，解決傳熱問(wèn)題，都需要從總的傳熱速率方程出發(fā)，即：Q=KA△tm 式中：Q—冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W； K—傳熱系數(shù)，W/(m2 0C)； A—傳熱面積，m2； △tm —平均傳熱溫差，0C。 傳熱基本方式 根據(jù)熱量傳遞機(jī)理的不同，傳熱基本方式有三種，即傳熱導(dǎo)、對(duì)流和輻射。 （1）

28、熱傳導(dǎo)： 傳熱導(dǎo)又稱導(dǎo)熱，是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過(guò)程。 （2）對(duì)流傳熱： 對(duì)流傳熱是依靠流體的宏觀位移，將熱量有一處帶到別一處的傳熱現(xiàn)象。在化工生產(chǎn)中的對(duì)流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸的熱量傳遞。 （3）輻射傳熱： 又稱為熱輻射，是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，?dāng)遇到另一物體時(shí)，又被全部或部分吸收而變成熱能。作為換熱設(shè)備，我們主要關(guān)心的是熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱。 對(duì)流傳熱大多數(shù)是指流體與固體壁面之間的傳熱，其傳熱速率與流體

29、性質(zhì)及邊界層的狀況密切相關(guān)。如圖在靠近避免處引起溫度的變化形成溫度邊界層。溫度差主要集中在層流底層中。假設(shè)流體與壁面的溫度差全部集中在厚度為1的有效膜內(nèi)，該膜既不是熱邊界層，也非流動(dòng)邊界層，而是一集中了全部傳熱溫差并以導(dǎo)熱方式傳熱的虛擬膜。 對(duì)流傳熱速率方程可用牛頓冷卻定律來(lái)描述，該定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律： = 對(duì)兩側(cè)流體，均可使用牛頓冷卻定律，即： Q=ɑA△T 式中：Q---對(duì)流傳熱的熱流量，W； A---對(duì)流傳熱面積，m2； △T---壁面溫度與壁面法向上流體的平均溫度之差，K； ɑ---比例系數(shù)，稱為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m

30、2.K)。 對(duì)流傳熱過(guò)程的計(jì)算，歸結(jié)為如何獲取ɑ。ɑ一般有實(shí)驗(yàn)測(cè)定，采用科學(xué)的試驗(yàn)方法。 對(duì)流傳熱的分類： 無(wú)相變化傳熱：強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流 有相變化傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰 無(wú)相變化時(shí)對(duì)流傳熱過(guò)程的因次分析 利用因次分析的方法可獲得描述對(duì)流傳熱的幾個(gè)重要的特征數(shù)： (努賽爾數(shù)） 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容及意義 本課題主要研究的是固定管板式換熱器，查閱換熱器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析固定管板式各部分性能影響，并進(jìn)行了換熱器的熱工計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算[15]。 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

31、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(mén)。本文的研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)換熱器的規(guī)模化生產(chǎn)，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，以在廣泛范圍內(nèi)逐步取代進(jìn)口同類材料，降低使用成本具有重要意義。 近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化換熱元件的開(kāi)發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計(jì)制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，也取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。故我們?cè)谶x擇換熱設(shè)備時(shí)一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時(shí)間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的

32、，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞[16]。 1.6 換熱器的發(fā)展趨勢(shì) 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。接著英國(guó)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(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)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

33、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(kāi)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。 當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本趨勢(shì)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(kāi)發(fā)等形成一個(gè)高技術(shù)體系。 換熱器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾發(fā)面：防腐技術(shù)，大型化與小型化并重，強(qiáng)

34、化技術(shù)，抗振技術(shù)，防結(jié)垢技術(shù)，制造技術(shù)，研究手段。 隨著工業(yè)中經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)環(huán)境保護(hù)的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開(kāi)發(fā)，研究手段的日益發(fā)展，各種新思路的與新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，換熱器將朝著更高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方向發(fā)展[17]。 2 固定管板式換熱器的工藝計(jì)算 2.1 設(shè)計(jì)工藝條件 熱水鍋爐的進(jìn)出口溫度為95℃/70℃；熱水配水溫度為50℃，若市政上的水溫為30℃， 生活熱水量為5噸/小時(shí)。要求高溫水和被加熱水經(jīng)過(guò)板式換熱器的壓降均不大于0.05MPa,設(shè)計(jì)壓力1.0MPa。 2.1.1 熱力計(jì)算 已知工藝參數(shù) 1）管程—水 定性溫度：tm=(

35、t1+t2)/2=(95+75)/2=82.5o C 工作壓力：P≤0.21MPa 查《化工原理》上冊(cè)，附錄二 粘度： 0.34510-3Pa s 0.35510-6m2/s 比熱容：Cp=4.196kJ/(kgk) 密度：=970.17(kg/m3) 導(dǎo)熱系數(shù)：=0.67425W/(mk) 2）殼程—水 定性溫度：tm=(t1+t2)/2=(30+50)/2=40o C 工作壓力：P≤0.05MPa 流量qm2=5000kg/h 查《化工原理》上冊(cè)，附錄二 粘度： 0.65601

36、0-3Pa s 0.65810-6m2/s 比熱容：Cp=4.175kJ/(kgk) 密度：=992.2(kg/m3) 導(dǎo)熱系數(shù)：=0.633W/(mk) 2.1.2 熱量計(jì)平衡算 殼程：過(guò)熱冷卻部分的傳熱量 管程：由，得，被加熱水用量 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(zhǎng)，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

37、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Φ252.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=1.0m/s 2.2.2 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)[18]： 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為： 按單程管設(shè)計(jì)傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)=6m，則該換熱器的管程數(shù)為: （管程） 傳熱管總根數(shù)（根） 2.2.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均溫差校正系數(shù)

38、 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查得： 平均傳熱溫差： 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)。 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如圖2-1所示。 圖2-1 換熱管排列方式

39、 取管心距 （焊接時(shí)），則t=1.2525=31.2532（mm） 隔板中心到力氣最近一排管中心距離： 各程相鄰管的管心距為44mm 2.2.5 殼體內(nèi)徑 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.75，則殼體內(nèi)徑為 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔 ，可取D=600mm 。 2.2.6 折流板 安裝折流擋板的目的是為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強(qiáng)湍流強(qiáng)度，從而提高傳熱效率，是強(qiáng)化傳熱的一種結(jié)構(gòu).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

40、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[19]。 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： h=0.25600=150mm 取折流板最小間距B=0.2D，則： B=0.2600=120mm，可取B為200mm。 折流板數(shù)： 本換熱器換熱管外徑為25mm，故其拉桿直徑為16mm拉桿數(shù)量不得少于4。 2.2.7 接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速為=0.3m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后可取管內(nèi)徑為70mm 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速=0.4m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后去管內(nèi)徑為80mm 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) 當(dāng)量直徑，有 殼程流通截面積 有需要的同學(xué)們，已經(jīng)參加工作沒(méi)時(shí)間寫(xiě)論文的同學(xué)們，或者是迫于玩而沒(méi)時(shí)間寫(xiě)的同學(xué)們，都可以和我聯(lián)系（qq 475713436），我們這有每年畢業(yè)生的論文，包含CAD原圖,三維圖,說(shuō)明書(shū).可以作為你們的參考，肯定可以順利畢業(yè)的，歡迎大家前來(lái)咨詢,加扣扣時(shí)候請(qǐng)注明來(lái)由!