買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘要 本次畢業(yè)設計使我認真的認識到了自己在本專業(yè)應學習的主要內容以及短板，換熱器的設計工作主要有換熱器綜述，換熱器的工藝計算以及結構強度計算。其中換熱器工藝計算中需要根據(jù)初始數(shù)據(jù)計算其處理量以及工藝參數(shù)，換熱器的結構強度計算主要集中在折流板，筒體以及開口上。 換熱器是化學工藝生產中重要的設備之一，它是一種冷熱流體間的傳遞熱量的設備，他們的使用條件和要求差別很大，如容量，溫度，壓力和工作介質的性質等，涉及的種類很多，因此換熱器的結構形式也多種多樣。 U 形管換熱器僅有一個管板，管束可從殼體內抽出 ，便于檢修和清洗，而且結構簡單，造價便宜。 U 形管換熱器主要結構包括筒體，封頭，換熱管，接管，折流板，防沖板，導流筒，防短路結構，支座和管殼層的其他設備等。 本次設計為二類壓力容器，設計溫度和設計壓力都較高，因此設計要求就很高。換熱器采用雙管程，不銹鋼換熱管制造。設計中主要進行了換熱器的結構設計，強度設計及零部件的選型和工藝設計。 關鍵詞 ： 結構； 強度； 設計計算 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is of in is an as of so of is be a of so so is of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 第一章 換熱器綜述 . 1 引言 . 1 式換熱器 . 1 型換熱器 . 2 . 2 管式換熱器 . 3 殼式換熱器 . 3 旋槽管換熱器 . 4 紋管換熱器 . 4 旋扁管換熱器 . 4 旋扭曲管換熱器 . 5 紋管換熱器 . 5 式換熱器 . 6 . 6 接式板式換熱器 . 6 殼式換熱器 . 6 旋板式換熱器 . 6 翅式換熱器 . 7 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 內外開發(fā)研究的發(fā)展方向 . 7 金屬材料應用 . 7 算流體力學和模型化設計在換 熱器中的應用 . 7 強實驗和理論研究 . 8 結語 . 8 參考文獻 . 8 第二章 換熱器傳 熱工藝計算 . 9 始數(shù)據(jù) . 9 性溫度及確定其物性參數(shù) . 9 量守恒與油流量的計算 . 10 效平均溫度的公式計算 . 10 程換熱系數(shù)的計算 . 10 構的初步設計 . 11 程換熱系數(shù)計算 . 12 熱系數(shù)計算 . 13 壁溫度計算 . 13 程壓力降計算 . 13 程壓力降計算 . 14 第三章 換熱器強度計算 . 16 熱管材料及規(guī)格選擇和根數(shù)的確定 . 16 子的排列方式 . 16 體內徑的確定 . 17 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 體厚壁的確定 . 17 壓試驗 . 18 程標準橢圓形封頭厚度的計算 . 18 程標 準橢圓形封頭厚度的計算 . 19 器法蘭的選擇 . 20 管法蘭的選擇 . 21 板的設計 . 22 相短節(jié)壁厚的計算 . 24 桿和定距管的確定 . 25 流板的選擇 . 26 型 . 26 流板尺寸 . 26 熱管無支撐跨距或折流板間距 . 26 流板厚度 . 26 流板直徑 . 26 流板管孔直徑 . 26 沖板尺寸的確定 . 27 管及開孔補強 . 27 箱接管開孔補強計算 . 27 體接管開孔補強計算 . 29 程隔板厚度選取 . 30 第四章 支座的設計及選擇 . 31 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 座的選擇 . 31 參考文獻 . 36 致謝 . 37 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第一章 換熱器綜述 引言 在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的今天，在以能源為中心的環(huán)境以級生態(tài)等問題日益加劇。世 界各國都在在不斷尋找新能源的目標，也更加密切地注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。加強傳熱技術的應用不僅能在節(jié)約能源、保護環(huán)境做出貢獻，而且能大大的節(jié)約投資的基本成本。換熱器因為在化工，石油，在今天動力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應用的同時，故換熱器的換熱強化傳熱技術從 1987年以來備受到研究人員的模切重視，各種換熱器研究成果正在不斷涌現(xiàn)。 隨著科學和生產技術的不斷發(fā)展的今天，各種各樣的換熱器層出不窮，難以對其進行具體的、統(tǒng)一的劃分。即便是如此，換熱器仍然可以按它們的某些共同特征來加以區(qū)分，具體如下：按照用途來分。 預熱器（或加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。按照制造熱交換器的材料來分。金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。1按照溫度狀況來分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱的流大小以及在指定熱交換區(qū)域內的溫度不隨時間而變；溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時間改變；按照熱流體與冷流體的流動方向來分：順流式、逆流式、錯流式、混流式；按照傳送熱量的方法來分：間壁式、混合式、蓄熱式等三大種類類；其中間壁的式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應 用最廣；間壁式換熱器可根據(jù)傳熱的面的結構不同可分為管式和板面式。管式換熱器也可以以管子表面作為傳熱面，包括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、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等 1。 式換熱器 管式換熱器主要分為套管式換熱器和管殼式換熱器，螺旋槽管換熱器，橫紋管換熱器，螺旋扁管換熱器，螺旋扭曲管換熱器， 波紋管換熱器 2。如圖 1：買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 圖 1 固定管板式換熱器 型換熱器 U 型管換熱器為管殼式換熱器的一種。換殼式換熱器大致分為固定管板式、釜式浮頭式、 U 型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種。根據(jù)介質的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件，管板與殼體的連接的各種結構型式特點，傳熱管的形狀與傳熱條件，造價，維修檢查方便等情況來選擇設計制造各種管殼式換熱器。 U 型管式換熱器與其他管殼式換熱器的區(qū)別主要是管子呈 U 型。如圖 2：圖 2 料式換熱器 對于一些腐蝕非常嚴重，溫差比較大而且經常更換的冷卻器，采用填料 函式換熱買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 器比采用 U 型管式換熱器或者浮頭式換熱器優(yōu)越的多。它是擁有浮頭式換熱器的優(yōu)點，又克服固定式換熱器的缺點，結構比浮頭式簡單，制造方便，易于檢修清洗。如圖 3： 圖 3 填料式換熱器 管式換熱器 套管式換熱器是將不同直徑的兩根管子套成的同心套管作為元件、然后把多個元件加以連接而成的一種換熱器，工作時兩種流體以純順流或純逆流方式流動。套管式換熱器的優(yōu)點是：結構簡單，適用于高溫、高壓流體，特別是小容量流體的傳熱。另外，只要做成內管可以抽出的套管，就可 清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流體 2。他的主要缺點是流動阻力大；金屬消耗量多；管間接頭較多，易發(fā)生泄露；并且體積大，占地面積廣，所以多用于傳熱面積較小的換熱器。 殼式換熱器 管殼式換熱器又可以稱為列管式換熱器，以封閉殼體中得管束的壁面?zhèn)鳠嶙鳛閭鳠崦娴拈g壁式換熱器，結構一般是由殼體，傳熱的管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成的 3。目前，國內外工業(yè)化工生產中所用的換熱設備中應用廣泛，管殼式換熱器人樣占有主導地位，雖然它在換熱效率上、換熱器結構緊湊性上和材料金屬材料消耗等方 面 ,不如其它新型的換熱起換熱設備，但它具有結構堅固的化熱器，操作彈性大，適應能力性強，可靠性高，選材范圍廣泛，處理流體能力大，能承受換熱器高溫高壓等的特點，所以在工程中仍得到了廣泛英勇。以下邊是幾種常見的管殼式買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 強化換熱器。如下圖： 圖 4 管殼式換熱器 旋槽管換熱器 螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內凹的異形管，流體流出管壁時在管壁附近誘發(fā)螺旋流動。層流層的減薄，與此同時壁表面起伏強化了流體湍流，加快了由壁面到流體主體的熱量傳遞，這樣就強化了傳 熱過程。 紋管換熱器 1974 年前蘇聯(lián)首先提出橫紋管，它是一種用普通圓管作毛胚，在管外壁經簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時在管內形成一圈突起的環(huán)肋。流體流經橫紋管環(huán)槽處能頻頻發(fā)生邊界層分離而產生軸向旋渦，強化了流體湍流，旋渦不斷生成，保持了連續(xù)而穩(wěn)定的強化作用 3。橫紋管在我國研究較少，只有華南理工大學對此進行了試驗研究，研究發(fā)現(xiàn)在相同流速下，橫紋管流阻比單頭螺旋槽管的小。 旋扁管換熱器 螺旋扁管是瑞士公司 國 司經過一系列改進一 種換熱管。這 種傳熱管是用壓扁和扭轉兩個管子的過程制做而成，管子截面和形狀都因此發(fā)生了明顯 的 變化，因而液體也隨之不斷的 改變方向和速度，使湍流能力加強，邊界層減薄，傳熱能力極大增強 3。我國梁龍虎經實驗研究得出，螺旋扁管管內膜傳熱系數(shù)會通常比普通圓管大幅度提高，可在低雷諾數(shù)時最為明顯，達 2 3 倍；隨著雷諾數(shù)的連續(xù)大，通常也可提高傳熱系數(shù) 50以上。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 旋扭曲管換熱器 螺旋扭曲管換熱器正是適應現(xiàn)代化生產的需要 ,在傳統(tǒng)管殼式換熱器的基礎上開發(fā)出來的一種新型高效節(jié)能的換熱器。本文主要采用數(shù)值模 擬和試驗研究的方法對螺旋扭曲扁管換熱器進行系統(tǒng)的研究 ,主要的研究工作如下 : (1)將對流傳熱的場協(xié)同理論和流路分析法應用于螺旋扭曲扁管換熱器管、殼程傳熱與流阻特性研究 ,并和弓形折流板換熱器相比較。表明螺旋扭曲扁管換熱器管程和殼程流體均產生以旋轉為主要特征的復雜流動 ,獲得較強的旋轉擾動 ,從而較大程度地強化了傳熱過程。因為殼程沒有折流板 ,殼程不存在流動死區(qū) ,殼程的流動阻力較小 ,同時也不易結垢。換熱管之間保持點接觸而且殼程流體主要作縱向流動 ,能很好地克服誘導振動 ,提高了其操作的可靠性。如下圖： 圖 5 螺旋扭曲管換熱器 紋管換熱器 近年來，螺旋式扭曲管的自造引起了國內外學者極大的關注。美國期刊雜志報道過了一種高效率的換熱器，其換熱管是吧螺旋式扭轉成彎曲的管，兩端承圓形，管子與管子再橢圓長軸處相互接觸，相互支撐取消了支撐的折流板的則流作用，這樣不僅可以保證裝置的抗震能力，而且流體在換熱器管程和殼程都會因此發(fā)生旋流作用4。 波紋管換熱器強化傳熱機理與螺旋扁管相一致。波紋管能起到溫差相互補償作用，因此省掉了殼體膨脹節(jié) ；由于溫差應力的作用，換熱管可以有能力自動去掉表面污垢，使管表面不易因此而產生污垢，具有強化傳熱和除垢的雙重功效，而且結構簡單緊湊，容易制造，投資少，熱率高，故廣泛應用于汽 4。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 式換熱器 板式換熱器主要分為可拆式板式換熱器，焊接式板式換熱器，板殼式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器。 可拆式板式換熱器是將薄的金屬板片沖壓成為凸凹狀，周邊張貼合成橡膠類的密封墊片。 司的 “按扣 ” 式墊片，墊片直接扣壓在板片上； 司的板片，板片槽口上窄底寬呈梯形，墊片與板片槽過盈配合將墊片壓緊。可拆式板式換熱器便于拆卸清洗，增減換熱器面積靈活，在供熱工程中使用較多 1。但是，一般的可拆卸式板式換熱器由于本身結構的局限性，使用壓力不超過 用溫度不超過250 ，此外還存在流體與密封墊片的相容性問題。 接式板式換熱器 用焊接結構來替代橡膠墊來密封型，不僅在結構上消除了墊片因為材料耐溫、耐腐蝕、耐壓方面的限制。焊接式板使換熱器的組焊板片內部原件不能用機械方法的清洗，且全焊式只可以用于不易結構的介質進行 流通換熱，其最大的有點就是可以成手較高溫度和壓力，沒有墊片泄漏的問題。焊接式板式換熱器近寫年來獲得了很大的發(fā)展，在德國與日本合作的千代本田 合焊接板式換熱器的有點得到發(fā)展，操作壓力可以從真空狀態(tài)到 6單元換熱面積可以達到 21480m 以上。 殼式換熱器 歐美發(fā)達國家從 20 世紀 80 年代開始便競相開發(fā)和研制各種型式的板殼式換熱器。板殼式換熱器的基本結構與板式換熱器相似，但板間距增大，取消了墊片，改用焊接法連接各板，形成通道。板殼式換熱器最適合于介質清沽、換熱量大和壓降小的場合。 旋板式換熱器 螺旋板式換熱器在國外較早使廢氣中的能量等，螺旋板式換熱器的構造包括螺旋買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 形傳熱板、隔板、頭蓋和連接管等基本部件。流體在螺旋形流道內的流動所產生的離心力，使流體在流道內外側之間形成二次環(huán)流，增加擾動。螺旋板式換熱器具有體積小、效率高、制造簡單、成本較低、能進行地溫差換熱等優(yōu)點，如今螺旋板式換熱器在我國已形成規(guī)模，國家已制定了配套的技術標準，設計制造技術在我國業(yè)已成熟。 翅式換熱器 在 20 世紀 30 年代，板翅式換熱器 是板束單元結構，由翅片隔板和封條三個部分組成。我國是從 20 世紀 60 年代初開始制造板翅式換熱器的，原先是用于水分制氧，制做了我國第一套板翅式空分設備制造機。板翅式換熱器由于器結構緊湊、輕巧、傳熱強度高等等特點，被認為是最有發(fā)展錢途的新型換熱器設備之一。 內外開發(fā)研究的發(fā)展方向 金屬材料應用 非金屬材料在一定的適應范圍內具有金屬材料不可能比擬的特殊優(yōu)點。比如石墨材料具有良好的導電性能、導 熱性能，較高的化學穩(wěn)定性能和良好的機加工性能，氟塑料具有特別優(yōu)良的抗耐腐蝕性 5。氟塑料耐腐蝕性能極強，并且與金屬材料相比還具有成本上的價格優(yōu)勢。在復合材料中比如搪瓷玻璃具有良好的抗腐蝕性能、優(yōu)良的耐磨性、電絕緣性以及表面光滑不已粘附物料等優(yōu)點，已經在制作換熱產品等方面應用。陶瓷材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐高溫性能而引起功業(yè)界的高度重視，已經在換熱鏟品的制造中得到應用。 算流體力學和模型化設計在換熱器中的應用 在換熱器的冷熱流體分析計算中，引入計算機科學技術，對換熱器中介質的復雜流動過 程進行定量的數(shù)學模擬仿真計算。目前基于計算機技術的熱流已經分析用于自然對流、剝離流、振動流和湍流熱傳導等的直接嗜血模擬計算等方面。在此基礎上，在換熱器的數(shù)學模型設計和實體開發(fā)中，利用 用計算機對換熱器進行更為精確和細致的設計。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 強實驗和理論研究 采用更加先進的計算儀器來精確測量換熱器的流暢分布和溫度場分布，并結合經驗分析計算，進一步摸清不同結構下的強化傳熱機理。采用數(shù)學模擬方法對換熱器內液體流動和傳熱機理進行研究，預測各種結構下的對流場傳 熱過程的影響 5。比如利用振動、電場方法強化傳熱的機理研究、試驗研究，給出試驗數(shù)據(jù)，提出理論數(shù)學模型，對換熱器進行有理技術研究。為達到管殼程強化的目的，強化結構組合研究將成為近來各國傳熱強化技術研究的大體發(fā)展方向。 結語 經過兩個多月的時間，我的畢業(yè)設計已經接近尾聲。在剛剛接到畢業(yè)設計的題目時的一無所知，到現(xiàn)在畢業(yè)設計的成熟，我經歷了大學四年里前所未有的挑戰(zhàn)。畢業(yè)設計是我對本專業(yè)的學習內容以及技能都有了一個前所未有的熟悉。也是我大學生活結束的最后一塊試金石，我接受住了挑戰(zhàn)，完成了畢業(yè)設計。會在未來 的工作是自己更加的有能力。本次畢業(yè)設計也讓我認識到自己的不足和認識不全面深刻的地方，首先是在對工藝產品的強度計算上有很大的認識全面，公式運用不熟練。再者就是自己對語言總結上有很大的缺陷，我會在以后的學習和生活中認真的對待自己的工作，努力的提高自己。 參考文獻 1鄭津洋等 ,過程裝備設計 M化學工業(yè)出版社 ,2292張立強 ,張及瑞 ,楊春光 ,等 J,無機化工信息 ,2003(3):143馬曉馳 J進展 ,2001(1):494李安軍 ,邢桂菊 ,周麗雯 J2008,27(1):505朱躍釗 ,廖傳華 ,史勇春 M中國石化出版社 ,2008:51買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 第二章 換熱器傳熱工藝計算 殼程油的進口溫度： ，1t =130 殼程油的出口溫度： ,1t =85 殼程油的工作壓力： . 5程油的流量： 80 管程水的進口溫度： ,2t =20 管程水的出口溫度： ,2t =80 管程水的工作壓力： 殼程（煤油） 殼程油 的定性溫度： 查表得殼程煤油的密度： 1=800Kg/表得殼程油的比熱： ) 查表得殼程油的導熱系數(shù)： 1=m ) 殼程油的粘度： 1=0s 查表得殼程油的普朗特系數(shù)： 2 管程（水） 管程水的定性溫度： 0 查表得管程水的密度： 2=998Kg/表得管程水的比熱： ) 查表得管程水導熱系數(shù)： 2=m ) 查表得管程水的粘度： 2=0s 查表得管程水的普朗特系數(shù)： 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 假定取熱交換效率為 =設計傳熱量： 1C , 1t ,1t )1000/3600 =280000130 85)000/3600 =管程水流量為： ( ,1,120 p =）（ 1476.t/h ()(,2,1,2,1,2,1,2（=)13080 852013080()8520( = 其中有關參數(shù)的計算 參數(shù)： P=,1,2,1,1 = 8580 85130 =數(shù)： R=,1,1,2,2 = 85130 8020 =卻器按照單殼程雙管程設計差管程式換熱器原理與設計得溫差校正系數(shù) =效平均溫差： 換熱系數(shù)的計算 采用試算的方式計算換熱系數(shù) 初選換熱系數(shù)為 60w/mk 則可得出下列數(shù)據(jù)： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 初選傳熱面積 ;F0=00 = =1 用 25無縫鋼管做換熱管 管子外徑為： 5子內徑為： 0子長度為： L=6000需要換熱管數(shù)為 : = =417 根 可取換熱管根數(shù)為 420 根 管程流通面積 : 2a = 422it = 管程流速 : 2w =2223600 = 0 9 8 7 83 6 0 0 3 4 8 =s 管程雷諾 : 2222 / 980 管 程 傳 熱 系數(shù) :2= d =構的初步設計 查 殼式換熱器可知，管間距按照 d 選?。?管間距 : s = 管束中心排管數(shù) : 420 =，取 23 根 則 殼體內徑為 : 0( ）（ =圓整為 : 1000 則長徑比 :16 = 6，在 4間，合理。 折流板選擇弓形折流板 : 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 折流板弓高 := 50 折流板間距 :3 折流板數(shù)量 : 1b= 塊 取 16 塊 殼程流通面積 : )1(f 01 . 0 7 2 2 3 30 ）（殼程流速 : 1111 3600 1 . 3 4 6 80000 殼程 質量流速 : 111 W =00=2/ 殼程當量直徑 : 0202 6 91 0 2 91 22 殼程雷諾數(shù) : 2 0 3 0 3 6 3 4 6 68 0 01111 1 去弓形面積所占的比例，可查得為 據(jù)管殼式換熱器原理與設計圖 2得殼程傳熱因子： 33000 ，壁溫下油粘度： 1 = 粘度修正系數(shù) : 3 . 7()( 殼程換熱系數(shù) : 3300. 98 5)42(036 151131111 se j 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 熱系數(shù)計算 查 殼式換熱器第 138 頁可知 水側污垢熱阻 : 1r = )/m(101 5 油側污垢熱阻為 : 2r = )/m(101 5 由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻 可以忽略不計，可得總傳熱系數(shù)為： 20211111 6 18 . 5 . 6101 7 . 64 6 6 8. 941155612 傳熱面積比為 : 0= （合理） 壁溫度計算 管外壁熱流密度計算 : q t 001 = )/(20 30 00 2 管外壁溫度 : 錯誤 !未找到引用源。 = 01 7 . 64669 1( 誤差校核 : 011 ww ，誤差不大，合理。 程壓力降計算 參考換熱去設計手冊 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 由 179209，查圖 1324 得殼程壓強摩擦因子中： 殼體內徑 管子長度 L=6m； 折流板間距 流體密度 1 =800 3/ 流體粘度10 =493.7 610 ； 管外流體壁溫 下粘度 w =； 則殼程壓強 P ，符合壓強計算。 程壓力降計算 參考換熱器設計手冊公式 1 管程壓強： 其中 ： 直管 壓降； 回彎壓降； P 管箱進出口壓降； 結構校正系數(shù)， 串聯(lián)的殼程數(shù)， 1； 程數(shù)，； 22 其中 2 2 2 2 i買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 l 5902 0 3 5 則 99432322 2 即 1 9 45 9 0( P ，符合壓強條件。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 1