畢業(yè)論文-流量為200th雙管程固定管板式換熱器

1、<p>　　沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院</p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目： 流量為200t/h雙管程固定管板式換熱器 </p><p>　　專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 </p><p>　　班

2、級： 1201班 </p><p>　　學(xué)生姓名： 宋雅詩 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 湯方麗 </p><p>　　論文提交日期：2016 年 月 日</p>

3、<p>　　論文答辯日期：2016 年 6 月 6 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)： 殼程：殼程介質(zhì)為熱油，由25℃加熱到70℃； </p><p>　　管程： 管程為水，入口溫度為160℃，出口溫度為90℃；流量為200t/h </p><p>　　結(jié)構(gòu)為固定管板式換熱器</p&

4、gt;<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為固定管板式換熱器，由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑情況下面積較大制造較簡單。本設(shè)計(jì)采用單殼程，雙管程。管程工作壓力2MPa，工作溫度90攝氏度，介質(zhì)為水。殼程工作壓力1.6MPa，工作溫度70攝氏度，介質(zhì)為油。</p><p>　　固定管板式換

5、熱器的設(shè)計(jì)包括：管子的規(guī)格和排列方式、圓筒、封頭、管板的材料選擇及厚度設(shè)計(jì)，拆流板、防沖板的選擇等。首先管子的選擇是以清洗方面及合理使用管材為原則。管子在管板上的排列方式為三角形排列。因?yàn)槿切闻帕袝r(shí)，管板的強(qiáng)度高、流體短路機(jī)會少，且相同管程內(nèi)可排列更多的管子。殼體厚度計(jì)算式是由圓筒薄膜應(yīng)力準(zhǔn)則推導(dǎo)出的。其最小壁厚應(yīng)不小于封頭內(nèi)徑的0.15%。管板是管殼式換熱器中最重要的部件之一，在選材時(shí)除力學(xué)性能外，還應(yīng)考慮流體的腐蝕性的影響。在計(jì)算

6、厚度時(shí)，要在滿足強(qiáng)度要求的前提下，盡量減少管板的厚度。拆流板最常用的為圓缺型擋板，切去的弓形高度一般取外殼內(nèi)徑的20%——25%。</p><p>　　關(guān)鍵字： 換熱器 管板</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Change a hot machine, is hot parts of calories

7、es of the fluid deliver to the equipments of cold fluid, and then call a heat exchanger.Changing the hot machine is the in general use equipments of chemical engineering, petroleum, power and food and other many industri

8、al sections, occupy an important position in the production.Produce in the chemical engineering in change hot machine as heating apparatus, water cooler, congealed machine, evaporate a machine and again Fei machine etc.,

9、 apply more ex</p><p>　　This design topic floats a type to change for the 105 ts/h vapor-water for the discharge hot machine, float a type to change hot machine of a carry to take care of plank and hull body

10、 fix, but another one the tube plank carrying can float in the hull freedom inside the body, hull body and control free to inflation, past be two difference in temperatures that lie quality more big, control to produce a

11、 difference in temperature in response to the dint with of hull bodies not.Float a head to carry </p><p>　　The floating the advantage that a type changes a hot machine can draw out for controling and clean a

12、 tube, hull distance by convenience;Lie a quality difference in temperature to be free from restriction;Can under the heat, high pressure work, the general temperature is smaller than to equal 450 degrees, the pressure i

13、s smaller than to equal 6,400,000,000,000 Pas;Can used for knotting the dirt more serious situation;Can used for taking care of a distance to easily decay situation.The weakness le</p><p>　　Compute in the tr

14、aditional craft in include to transmit heat an area calculation, spread a calories calculation and transmit heat coefficient to really settle and change hot path inside the tube and change hot tube model number of choice

15、, and transmit heat coefficient, press to decline and checking of wall calculate etc. problem.</p><p>　　In strength compute win main discussion of is a tube body, tube box and head, take care of plank thickn

16、ess calculation and fold to flow plank, method orchid and mat a slice and connector and, box off the design of zero partses like plank,etcs, also need to carry on some strength pit in the school.Have to consider floating

17、 path Do outside a tube knothole while designing.It's outside path's turn to should be smaller than path Di inside the hull body, generally recommend float mural the cleft insid</p><p>　　This design

18、is according to the GB151 《tube hull the type change hot machine 》 and the GB150 《the steel system pressure container 》 design.Change the hot machine is in each realm of work, agriculture should carry very extensively, i

19、n the daily life transmit heat an equipments also everywhere it is thus clear that, is one of indispensable craft equipmentses.</p><p>　　Key word:　Change a hot machine;　Float to take care of plank;　Transmith

20、eat a calculation;　The strength school checks </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 綜述 1</b></p><p><b>　　1.1 引言 1</b></p><p><

21、b>　　1.2結(jié)構(gòu) 2</b></p><p><b>　　1.3類型 3</b></p><p>　　1.4非金屬材料換熱器 3</p><p>　　1.4.1流道的選擇 3</p><p>　　1.4.2操作強(qiáng)化 4</p><p>　　1.5近期國內(nèi)外開發(fā)研究的發(fā)

22、展方向 4</p><p>　　第二章 工藝計(jì)算說明書 9</p><p>　　2．1原始數(shù)據(jù) 9</p><p>　　2．2定性溫度及物性參數(shù) 9</p><p>　　2．3傳熱量與油流量10</p><p>　　2．4有效平均溫差10</p><p>　　2．5管程換熱系數(shù)10

23、</p><p>　　2．6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)11</p><p>　　2．7殼程換熱系數(shù)計(jì)算11</p><p>　　2．8傳熱系數(shù)計(jì)算12</p><p>　　2．9管壁溫度計(jì)算12</p><p>　　第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書12</p><p>　　3．1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)

24、的確定12</p><p>　　3．2布管方式的選擇13</p><p>　　3．3筒體內(nèi)徑的確定13</p><p>　　3．5封頭形式的確定14</p><p>　　3．6管箱短節(jié)壁厚計(jì)算15</p><p>　　3．7容器法蘭的選擇15</p><p>　　第四章 管板尺寸的確

25、定及強(qiáng)度計(jì)算17</p><p>　　4．1筒的計(jì)算17</p><p>　　4．2對于延長部分兼作法蘭的管板的計(jì)算18</p><p>　　4．3假定管板的厚度計(jì)算21</p><p>　　4．4 G2值的取得24</p><p>　　4．5法蘭厚度的計(jì)算24</p><p>　　

26、4．6法蘭力矩的的危險(xiǎn)組合25</p><p>　　4．6．1只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差（即r=0）。25</p><p>　　4.6.2只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，并且計(jì)入膨脹變形差。26</p><p>　　4.6.3只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差時(shí)：28</p>

27、;<p>　　4.6.4只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，同時(shí)計(jì)入膨脹變形差時(shí)29</p><p>　　4.6.5由管板計(jì)算厚度來確定管板的實(shí)際厚度30</p><p>　　4.7是否安裝膨脹節(jié)的判定31</p><p>　　4.8折流板尺寸的確定31</p><p>　　4.9各管孔接管及其法蘭的選擇31

28、</p><p>　　4.10設(shè)備法蘭的選擇33</p><p>　　4.11拉桿和定距管的確定35</p><p>　　4.12開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：36</p><p>　　4.13筒體管箱耐壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核計(jì)算38</p><p>　　4.14支座的選擇及應(yīng)力校核39</p><p>　

29、　4.14.1支座的選擇39</p><p>　　4.14.2鞍座的應(yīng)力校核40</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)44</p><p><b>　　致謝45</b></p><p><b>　　綜述</b></p><p><b>　　1.1 引言<

30、/b></p><p>　　換熱器的發(fā)展已經(jīng)有近百年的歷史，被廣泛應(yīng)用在石油、化 、冶金、電力、船舶、集中供熱、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。進(jìn)入80 年代以來，由于制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和傳熱理論研究的不斷完善，有關(guān)換熱器的節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用越來越引起關(guān)注。</p><p>　　按照用途來分：預(yù)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

31、、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照溫度狀況來分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱流大小以及在指定熱交換區(qū)域內(nèi)的溫度不隨時(shí)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(shí)間改變。按照熱流體與冷流體的流動(dòng)方向來分：順流式、逆流式、錯(cuò)流式、混流式。按照傳送熱量的方法來分：間壁式、混合式、蓄熱式等三大類。其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。</p

32、><p>　　目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá)96 % ,換熱設(shè)備在石油煉廠中約占全部工藝設(shè)備投資的35 %～40 %。其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢, 約70 %。其余30 %為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管和蓄熱器等設(shè)備, 其中板式、板翅式、熱管及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。隨著工業(yè)裝置的大型化和高效率化, 換熱器也趨于大型化, 并向低溫差設(shè)計(jì)和低壓力損失設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。當(dāng)今換熱器的發(fā)展以CFD (Comp

33、utational 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)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系。</p><p>　　換熱器是是傳熱流體與冷流體設(shè)備，換熱器，也被稱為熱交換器的一部分</p><p>　　各類類型的熱交換器作為一個(gè)過程中必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工，制藥，電力，冶金，交通，制冷，輕工等行業(yè)。這取決于如何生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)計(jì)投資，能耗低，傳熱效率高

34、的過程中，維護(hù)熱交換器，旨在提高技術(shù)水平的容易具有十分重要的意義。</p><p><b>　　熱交換器的分類</b></p><p>　　由于制造工藝和科學(xué)水平，早期的熱量只有一個(gè)簡單的結(jié)構(gòu)，并且一個(gè)小的傳熱面積，體積龐大和笨重，如蛇管式換熱器的限制。隨著制造工藝的發(fā)展，逐漸形成一個(gè)管殼式換熱器，它不僅具有較大的單位體積的傳熱面積和傳熱效果也不錯(cuò)，很長一段時(shí)間，成為

35、在工業(yè)生產(chǎn)中的熱的典型變化。</p><p>　　20世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并在食品工業(yè)中使用。與代管制成，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，從而逐漸發(fā)展成為各種形式的板式換熱器。 30年代初，瑞典首次成螺旋板式換熱器。那么英國的法律體系營造釬焊銅及銅合金由冷卻飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的板翅式換熱器制造。 30年代后期，瑞典創(chuàng)造了紙漿廠第一殼式換熱器。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的散熱問題，人們的新材料開始關(guān)注到熱交換器。<

36、/p><p><b>　　1.2結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　由殼體，換熱管，管板，由折流板（擋板）和管箱和其它部件。多圓柱形殼體，與內(nèi)部的管束，管束兩端固定在管板上。在管道中流動(dòng)的兩個(gè)熱和冷的熱交換流體，被稱為管流體;在另一流管，稱為殼側(cè)流體。以提高傳熱系數(shù)管流體，安裝于所述殼體通常是幾個(gè)擋板?？扉T速度可以提高流體的外殼，迫使流體從束所需的多個(gè)橫向，增強(qiáng)流體湍流程度

37、。在管板管可設(shè)置在等邊三角形或正方形。安排在一個(gè)更加緊湊，管外流體的湍流，傳熱系數(shù)高度等邊三角形;外管易于清潔，方便適用流體結(jié)垢方安排。</p><p>　　以提高在管中的流體的速度，該管可以在分離器室的兩端被提供時(shí)，整個(gè)管道被分成幾組。僅通過該管，該束多次在來回，這就是所謂的多管的這種流體的一部分。同樣地，為了增加外管的流率，所述縱向擋板可以安裝在外殼中，從而迫使流體通過幾種已知的多殼的容納空間。多管殼，并且可

38、以與多個(gè)應(yīng)用程序中使用。通過管束每一次所謂的流體;每一次由殼稱為shell。圖示為最簡單的單殼單管式換熱器，換熱器簡稱為1-1。</p><p><b>　　1.3類型</b></p><p>　　因?yàn)榱黧w，所述殼體和所述熱交換管束的隨之而來的溫度的類型的內(nèi)管和外管的溫度是不同的。如果兩個(gè)溫度相差很大，就會有該熱交換器內(nèi)的顯著熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致管的彎曲，斷裂，或從管板拉

39、斷。因此，當(dāng)管束與殼體溫 </p><p>　?、俟潭ü馨鍝Q熱器管的管板和殼體的兩端成一體，結(jié)構(gòu)簡單，但只適用于冷熱流體和殼式換熱器溫差小操作，無機(jī)械清洗時(shí)間。當(dāng)外殼與壓力之間的溫度差不稍微高，彈性補(bǔ)償環(huán)安裝在殼體，以減少熱應(yīng)力上。</p><p>　?、谑綋Q熱器管在管板的一端可以是自由浮動(dòng)的，完全消除了熱應(yīng)力;并且整個(gè)束可從殼體中移除，以促進(jìn)機(jī)械清潔和保養(yǎng)。廣泛使用式換熱器，但結(jié)構(gòu)較

40、復(fù)雜，成本較高。</p><p>　　③U型管換熱器管是每個(gè)彎曲成U形管兩端分別固定于下兩個(gè)領(lǐng)域相同的電路板，由艙壁成進(jìn)出口商會內(nèi)管的手段。這樣的熱交換器被完全消除應(yīng)力，浮動(dòng)磁頭結(jié)構(gòu)較簡單，容易清洗管。</p><p>　　1.4非金屬材料換熱器</p><p>　　熱的腐蝕性化學(xué)品生產(chǎn)流體，需要使用陶瓷，玻璃，聚四氟乙烯，石墨和管殼式換熱器的其它非金屬材料制成。這

41、類換熱器的性能差，僅對于低壓力，振動(dòng)，溫度低的應(yīng)用程序。</p><p>　　1.4.1流道的選擇</p><p>　　熱和冷的熱交換流體，根據(jù)以下原則來選擇通道：①不潔應(yīng)該去易結(jié)垢流體管，因?yàn)楣芮逑锤奖? ②腐蝕性流體宜走管，使管束與殼體而腐蝕; ③高流體壓力管應(yīng)該去，以避免在壓力下的情況; ④應(yīng)的飽和蒸汽，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)的殼由于流速是獨(dú)立的，且易于冷凝液排出; ⑤如果兩種流體大的固

42、定管板式換熱器的選擇，之間的溫差應(yīng)使流體的傳熱系數(shù)去大殼，以減少熱應(yīng)力。</p><p><b>　　1.4.2操作強(qiáng)化</b></p><p>　　當(dāng)壁傳熱的兩側(cè)系數(shù)相差很大時(shí)（換熱器，諸如之間的液體和氣體粘度小），應(yīng)盡量減少對低熱阻側(cè)的傳熱系數(shù)。如果外熱管的系數(shù)很小，雄性，可以使用（低翅片管），流體，以增加傳熱面積和紊流管的外側(cè)，降低了熱阻。如果將內(nèi)管的傳熱系數(shù)小

43、，可以設(shè)置捻鐵，螺旋線圈和其它添加劑中的管，以提高內(nèi)管的擾動(dòng)，強(qiáng)化傳熱，當(dāng)然，然后該流體的流動(dòng)阻力也將增加。</p><p>　　預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 </p><p><b>　　3、過熱器</b></p><p>　　過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。</p><p>&l

44、t;b>　　4、蒸發(fā)器</b></p><p>　　蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。</p><p>　　三、按換熱器的結(jié)構(gòu)分類</p><p>　　可分為：式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。</p><p>　　1.5近期國內(nèi)外開發(fā)研究的發(fā)展方向</p>

45、;<p>　　1.非金屬材料應(yīng)用。非金屬材料在一定的范圍內(nèi)具有金屬材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。石墨材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)加工性,氟塑料具有特別優(yōu)良的耐腐蝕性。氟塑料耐腐蝕性能極強(qiáng),并且與金屬材料相比還具有成本上的優(yōu)勢。復(fù)合材料如搪瓷玻璃具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、良好的耐磨性、電絕緣性以及表面光滑不易粘附物料等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)用于制作換熱產(chǎn)品。陶瓷材料因其優(yōu)異的耐腐蝕性、耐高溫性能而引起工業(yè)界的高度重視,已經(jīng)

46、在換熱產(chǎn)品的制造中得到應(yīng)用。</p><p>　　2.計(jì)算流體力學(xué)和模型化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。在換熱器的熱流分析中,引入計(jì)算機(jī)技術(shù),對換熱器中介質(zhì)的復(fù)雜流動(dòng)過程進(jìn)行定量的模擬仿真。目前基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的熱流分析已經(jīng)用于自然對流、剝離流、振動(dòng)流和湍流熱傳導(dǎo)等的直接模擬仿真,以及對輻射傳熱、多相流和稠液流的機(jī)理仿真模擬等方面。在此基礎(chǔ)上,在換熱器的模型設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)開發(fā)中,利用CFD的分析結(jié)果和相對應(yīng)的模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),使用計(jì)算機(jī)對換

47、熱器進(jìn)行更為精確和細(xì)致的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和理論研究。采用先進(jìn)的測量儀器來精確測量換熱器的流場分布和溫度場分布,并結(jié)合分析計(jì)算,進(jìn)一步摸清不同結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化傳熱機(jī)理。采用數(shù)值模擬方法對換熱器內(nèi)流體流動(dòng)和傳熱過程進(jìn)行研究,預(yù)測各種結(jié)構(gòu)對流場及傳熱過程的影響。</p><p>　　4.有源技術(shù)研究。如利用振動(dòng)、電場方法強(qiáng)化傳熱的機(jī)理研究、試驗(yàn)研究,給出對比試驗(yàn)數(shù)據(jù),提出理論計(jì)

48、算模型。</p><p>　　5.強(qiáng)化結(jié)構(gòu)組合研究。為達(dá)到管殼程同時(shí)強(qiáng)化的目的,強(qiáng)化結(jié)構(gòu)組合研究將成為近期傳熱強(qiáng)化技術(shù)研究的發(fā)展方向。</p><p><b>　　6.氣動(dòng)噴涂</b></p><p>　　7.俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用

49、該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物)，從而得到各種不同性能的表面。通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)是采用在翅片表面噴涂ac－鋁，并添加了24a白色電爐氧化鋁。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評估翅片底面的接觸阻力。將研究的翅片的效率與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出的結(jié)論是：氣動(dòng)噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實(shí)質(zhì)性影響。為了證實(shí)這一點(diǎn)，又對基部(管子)與表面

50、(翅片)的過渡區(qū)進(jìn)行了金相結(jié)構(gòu)分析。</p><p>　　8.對過渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個(gè)長度上無不嚴(yán)密性的微裂紋。所以，氣動(dòng)噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強(qiáng)度高，有物理接觸和金屬鏈形成。因而氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型，還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來對普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固?？梢灶A(yù)計(jì)，氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效換熱器

51、的生產(chǎn)中，將會得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　9.螺旋折流</b></p><p>　　10.在管殼式換熱器中，殼程通常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(z字形流道)，這樣會導(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會降低凈傳熱。優(yōu)越

52、弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。對普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。雖然引進(jìn)了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來改進(jìn)換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)依然存在。</p><p>　　11.為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計(jì)的先進(jìn)性已為流體動(dòng)力學(xué)研究和傳熱試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，此設(shè)計(jì)已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)

53、克服了普通折流板的主要缺點(diǎn)。螺旋折流板的設(shè)計(jì)原理很簡單：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傾斜度。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計(jì)。螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。此種設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，可針對不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流

54、板結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　12.麻花管</b></p><p>　　13.瑞典alares公司開發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國休斯頓的布朗公司做了改進(jìn)。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個(gè)工序。改進(jìn)后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡單，但有許多激動(dòng)人心的進(jìn)步，它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：改進(jìn)了傳熱，減少了結(jié)垢，真正的逆流，

55、降低了成本，無振動(dòng)，節(jié)省了空間，無折流元件。</p><p>　　14.由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特使管程與殼程同時(shí)處于螺旋運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時(shí)也可采用螺旋扁管與光管混合方式。該換熱器嚴(yán)格按照asme標(biāo)準(zhǔn)制造。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。估計(jì)在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的

56、應(yīng)用前景。</p><p><b>　　15.螺旋管式</b></p><p>　　16.在管子上纏繞金屬絲作為筋條(翅片)的螺旋管式換熱器，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對整個(gè)設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響，因?yàn)殁F焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會造成機(jī)器和設(shè)備堵塞，隨之提前報(bào)損。</p&

57、gt;<p><b>　　17.螺旋板式</b></p><p>　　18.螺旋板式換熱器</p><p>　　19.傳熱元件由螺旋形板組成的換熱器。</p><p>　　20.螺旋板式換熱器是一種高效換熱器設(shè)備，適用汽－汽、汽－液、液－液，對液傳熱。它適用于化學(xué)、石油、溶劑、醫(yī)藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業(yè)。按 結(jié)

58、構(gòu)形式可分為 不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋 板式換熱器</p><p>　　21.螺旋板式換熱器結(jié)構(gòu)及性能</p><p>　　22.本設(shè)備由兩張卷制而成，形成了兩個(gè)均勻的螺旋通道，兩種傳熱介質(zhì)可進(jìn)行全逆流流動(dòng)，大大增強(qiáng)了換熱效果，即使兩種小溫差介質(zhì)，也能達(dá)到理想的換熱效果。</p><p>　　23.在殼體上的接管采用切向結(jié)構(gòu)，局部阻力小，由

59、于螺旋通道的曲率是均勻的，液體在設(shè)備內(nèi)流動(dòng)沒有大的轉(zhuǎn)向，總的阻力小，因而可提高設(shè)計(jì)流速使之具備較高的傳熱能力。</p><p>　　24.I型不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有較高的密封性。</p><p>　　25.II型可拆式螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)原理與不可拆式換熱器基本相同，但其中一個(gè)通道可拆開清洗，特別適用有粘性、有沉淀液體的熱交換。</p><

60、;p>　　26.III型可拆式螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)原理與不可拆式換熱器基本相同，但其兩個(gè)通道可拆開清洗，適用范圍較廣。</p><p>　　27.單臺設(shè)備不能滿足使用要求時(shí)，可以多臺組合使用，但組合時(shí)必須符合下列規(guī)定：并聯(lián)組合、串聯(lián)組合、設(shè)備和通道間距相同?；旌辖M合：一個(gè)通道并聯(lián)，一個(gè)通道串聯(lián)。</p><p><b>　　28.變聲速壓</b></p>

61、<p>　　29.變聲速增壓熱交換器即兩相流噴射式熱交換器，廣泛適用于汽—水換熱的各個(gè)領(lǐng)域。由中國洛陽藍(lán)海實(shí)業(yè)有限公司自主研發(fā)。它以蒸汽為動(dòng)力，通過汽水壓縮混合，使水溫瞬時(shí)升高，利用壓力激波技術(shù)達(dá)到無外力增壓的效果，顯著的節(jié)能和增壓特點(diǎn)大大降低了用戶使用成本，可取代傳統(tǒng)的熱交換器。</p><p>　　30.變聲速增壓熱交換器是一種混合型汽—水換熱設(shè)備，蒸汽經(jīng)過絕熱膨脹技術(shù)處理以射流態(tài)引入混合腔與經(jīng)

62、過膜化處理的被加熱水在蒸汽沖擊力作用下均勻混合，形成具有一定計(jì)算容積比的汽水壓縮混合物，當(dāng)其瞬間壓縮密度達(dá)到一定值時(shí)便形成了兩相流體場現(xiàn)象。在場態(tài)的激化下，該混合物的聲速值出現(xiàn)突破聲障臨界的過渡性轉(zhuǎn)變，同時(shí)爆發(fā)大量壓力激波，壓力激波單向傳導(dǎo)特性使瞬間達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的熱水在不變截面管道中出現(xiàn)壓力升高卻不回流現(xiàn)象。變聲速增壓熱交換技術(shù)是以兩相流體場的有序激化強(qiáng)制完成＂瞬時(shí)換熱+無外力增壓＂雙效應(yīng)。</p><p>　　

63、第二章 　工藝計(jì)算說明書</p><p><b>　　2．1原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　管程水的進(jìn)口溫度t1′=160℃</p><p>　　管程水的出口溫度t1″=90℃</p><p>　　管程水的工作壓力P1=2MPa</p><p>　　殼程油的入口溫度t2′=25℃</p

64、><p>　　殼程油的出口溫度t2″=70℃</p><p>　　殼程油的出口壓力P2=1.6MPa</p><p>　　殼程油的流量G1=200000kg/h</p><p>　　2．2定性溫度及物性參數(shù)</p><p>　　管程水定性溫度t1=125℃</p><p>　　管程水密度查物性表得ρ

65、1=945kg/m3</p><p>　　管程水比熱查物性表得Cp1=4.24KJ/（Kg· ℃）</p><p>　　管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表λ1=0.685</p><p>　　管程水粘度μ1=0.27×10-3Pa·s</p><p>　　管程水布朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=1.4</p><p

66、>　　殼程油定性溫度t2=47.5℃</p><p>　　殼程油比熱查物性表得Cp2=2.1KJ/（Kg· ℃）</p><p>　　殼程油密度查物性表得ρ2=800 kg/m3</p><p>　　殼程油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得λ2=0.13W/（m·）</p><p>　　殼程油粘度μ2=0.91×10-3P

67、a·s </p><p>　　殼程油布朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=16.1 </p><p>　　2．3傳熱量與油流量</p><p>　　取定換熱效率η=0.98</p><p>　　則設(shè)計(jì)傳熱量Q= G1·Cp1·（t1″- t1′）η×1000/3600</p><p>　　=2

68、00000×4.24×（90-20）×0.98×1000/3600=1.616×107W</p><p>　　由 Q=G2Cp2（t2″- t2′）·η導(dǎo)出油流量G2</p><p>　　得G2=66.456kg/s</p><p><b>　　2．4有效平均溫差</b></p&

69、gt;<p>　　△tm=[（t2′- t1″）-（t1″- t2′）]/㏑[（t2′- t1″）/（t1″- t2′）]</p><p>　　=[（70-90）-（90-25）]/㏑[（70-90）/（90-25）]=62.2℃</p><p>　　參數(shù)：P=（t1′-t2″）/（ t1′- t2′）=（90-145）/（20-145）=0.44</p>&l

70、t;p>　　參數(shù)：R=（t1′- t1″）/（t2″- t2′）=（20-90）/（90-145）=1.2727</p><p>　　換熱器按單殼程2管程設(shè)計(jì)則查得</p><p>　　管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)P21</p><p>　　溫差校正系數(shù)Φ=0.78</p><p>　　有效平均溫差：=0.88×62.2=48.51

71、6℃</p><p><b>　　2．5管程換熱系數(shù)</b></p><p>　　初選傳熱系數(shù)K0=240（m2·K）</p><p>　　則初選傳熱面積為：=5.369×106/（240×48.516）=461.1m2</p><p>　　選用Φ25×2.5的無縫鋼管做換熱管。&

72、lt;/p><p>　　則：管子外徑d0=25mm</p><p>　　管子內(nèi)徑di=20mm</p><p>　　管子長度L=6000mm</p><p>　　則需要換熱管根數(shù)：=461.1/（3.14×0.025×（6-0.05-0.003））=988</p><p>　　可取換熱管根數(shù)為988根&

73、lt;/p><p>　　則管程流通面積：=998/2×3.14×0.022/4=0.155m2</p><p>　　管程流速：=200000/（945×0.155×3600）=0.379m/s</p><p>　　管程雷諾數(shù)：945×0.379×0.02/（0.27×10-3）=26530</p

74、><p>　　管程傳熱系數(shù)（化工原理P248）</p><p>　　2．6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) </p><p>　　查GB151-1999知管間距按1.25d0取</p><p>　　管間距s=0.032m</p><p>　　管束中心排管數(shù)；Nc=1.1=1.1=34根</p><p>　　則殼體內(nèi)徑

75、：=0.032×（34-1）+4×0.025=1.156m</p><p>　　筒內(nèi)徑：Di=1.2m</p><p>　　則長徑比：L/Di=6/1.2=5合理</p><p>　　折流板選擇弓形折流板：</p><p>　　弓形折流板的弓高：h=（0.2-0.45）Di=0.25 ×1.2=0.3</p

76、><p>　　折流板間距：B=Di/3=1.2/3=0.4</p><p>　　折流板數(shù)量Nb=L/B-1=6/0.4-1=14塊</p><p>　　2．7殼程換熱系數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　殼程流通面積：</b></p><p>　　殼程流速：=66.5/（800×0.105）

77、=0.791</p><p>　　殼程質(zhì)量流速：=800×0.791=632.8</p><p><b>　　殼程當(dāng)量直徑：</b></p><p>　　=（1.22-988 ×0.0252）/（988×0.025）=0.03</p><p>　　殼程雷諾數(shù)=800×0.79

78、15;0.03/91×10-5=20835</p><p>　　切去弓形面積所占比例按h/Di=0.3/1.2=0.25</p><p>　　傳熱因子L/de=6/0.03=200 得Js=56</p><p>　　管外壁溫度假定值：tw2′=40℃ 壁溫下水的粘度：μw=62×10-5Pa·s</p><p>

79、　　粘度修正系數(shù)=（91/62）0.14=1.05</p><p>　　殼程傳熱系數(shù) ΦJs =0.13/0.03* 16.11/3*1.05*56=643</p><p><b>　　2．8傳熱系數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　查GB-1999第138頁可知</p><p>　　油側(cè)污垢熱阻：r2=0.0001

80、72（m2· ℃/W）</p><p>　　管程水污垢熱阻：r1=0.000176（m2· ℃/W）</p><p>　　由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)</p><p>　　可以計(jì)算出總傳熱系數(shù)</p><p>　　則傳熱面積比為Ki/K0=262.6/240=1.09（合理）</p><p

81、><b>　　2．9管壁溫度計(jì)算</b></p><p>　　管外壁熱流密度計(jì)算=27.08×106/（988×3.14×0.025×6）=58193W/m2·℃</p><p>　　管外壁溫度：=55-58193（1/643+0.000172）=39.7</p><p>　　誤差校核tw

82、2-tw2′=39.7-40=-0.3℃誤差不大 合適</p><p>　　第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　3．1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定</p><p>　　3．2布管方式的選擇</p><p>　　3．3筒體內(nèi)徑的確定</p><p>　　3．4筒體壁厚的確定</p><

83、;p>　　3．5封頭形式的確定</p><p>　　3．6管箱短節(jié)壁厚計(jì)算</p><p>　　3．7容器法蘭的選擇</p><p>　　第四章 管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項(xiàng)目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。</p><p>　

84、　確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上項(xiàng)目的確定見項(xiàng)目一至七。</p><p><b>　　4．1筒的計(jì)算</b></p><p>　　4．2對于延長部分兼作法蘭的管板的計(jì)算</p><p>　　4．3假定管板的厚度計(jì)算</p><p>　　4．4 G2值的取得</p>

85、<p>　　4．5法蘭厚度的計(jì)算</p><p>　　4．6法蘭力矩的的危險(xiǎn)組合</p><p>　　4．6．1只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差（即r=0）。</p><p>　　4.6.2只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，并且計(jì)入膨脹變形差。</p><p>　　4.6.3只有管程設(shè)計(jì)壓力

86、Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差時(shí)：</p><p>　　4.6.4只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，同時(shí)計(jì)入膨脹變形差時(shí)：</p><p>　　4.6.5由管板計(jì)算厚度來確定管板的實(shí)際厚度：</p><p>　　4.7是否安裝膨脹節(jié)的判定：</p><p>　　由八.G.a、b、c、d計(jì)算結(jié)果可以看出：四組危險(xiǎn)組合

87、工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，并且各項(xiàng)應(yīng)力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。</p><p>　　4.8折流板尺寸的確定：</p><p>　　4.9各管孔接管及其法蘭的選擇：</p><p>　　根據(jù)公式d==420</p><p>　　由《鋼制法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭，相關(guān)尺寸如下：<

88、/p><p>　　a b進(jìn)出油口接管法蘭的選擇：</p><p>　　c、水出口、d、排氣閥口、e、進(jìn)水口</p><p>　　e、排氣孔接管法蘭的選擇：</p><p>　　4.10設(shè)備法蘭的選擇</p><p>　　按其條件dn=1200mm 設(shè)計(jì)溫度 設(shè)計(jì)壓力 由《壓力容器法蘭》選擇長頸對焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下

89、： 單位（）</p><p>　　由《壓力容器法蘭》選擇相應(yīng)墊片：非金屬軟墊片 JB/T4704—2000</p><p>　　其相應(yīng)尺寸為：D=1277mm d=1227mm 厚度=3mm </p><p>　　2.7.2接管法蘭的選擇</p><p>　　1〉接管a,b的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進(jìn)口流速為</p>

90、<p><b>　　則</b></p><p><b>　　故取公稱直徑</b></p><p><b>　　公稱壓力為 </b></p><p>　　由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下</p><p>　　2〉接管L,d的公稱直徑相同

91、設(shè)為，設(shè)進(jìn)口流速為</p><p><b>　　公稱壓力相同為</b></p><p>　　根據(jù)<< 壓力容器法蘭>>,選擇法蘭的材料均為16Mn</p><p>　　4.11拉桿和定距管的確定</p><p>　　4.12開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：</p><p>　　a孔DN=mm

92、（GB150-1998 項(xiàng)目8.1）</p><p><b>　　∵Ae＜A</b></p><p><b>　　∴a孔不需要補(bǔ)強(qiáng)圈</b></p><p>　　根據(jù)公稱內(nèi)徑DN=450，選取補(bǔ)強(qiáng)圈參照J(rèn)B/T4736取補(bǔ)強(qiáng)圈。</p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為δ=A4/（D2-

93、D1）</p><p>　　考慮鋼板負(fù)偏差并圓整取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為12mm，為了便于制造，材料補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度取封頭厚度即14mm。</p><p>　　同理：其他各孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　4.13筒體管箱耐壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核計(jì)算</p><p>　　1、筒體的應(yīng)力校核計(jì)算：見筒體壁厚的確定</p><p>　　2

94、、管箱耐壓試驗(yàn)應(yīng)力校核計(jì)算：見六、管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算</p><p><b>　　3、水壓試驗(yàn)</b></p><p>　　4.14支座的選擇及應(yīng)力校核</p><p>　　4.14.1支座的選擇</p><p>　　4.14.2鞍座的應(yīng)力校核</p><p>　　a、各部件重量及總重量</

95、p><p><b>　　b、校核計(jì)算</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] GB150-1998《鋼制壓力容器》</p><p>　　[2] GB151-1999《管殼式換熱器》</p><p>　　[3]《鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定》&

96、lt;/p><p>　　《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》</p><p>　　《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》</p><p>　　《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》</p><p>　　《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定</p><p>　　[4] JB/T4700-4707-2000《壓力容器法蘭》</p><p>

97、　　[5] 陳偕中主編. 化工容器設(shè)計(jì)[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.1987</p><p>　　[6] 陸振東主編. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1996</p><p>　　[7]《化工設(shè)備技術(shù)圖樣要求》（九一年版）</p><p>　　[8] 金志浩主編. 管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)[M]. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社. 2001.<

98、/p><p>　　[9] HG 20592-20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》</p><p>　　[10] 錢頌文主編. 換熱器設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2002.</p><p>　　[11] 夏清等. 化工原理（上冊）[M]. 天津：天津大學(xué)出版社.2005.</p><p>　　[12] 郭長生等. 化工工程手冊（

99、2）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1989.</p><p>　　[13] 鄭津洋. 過程設(shè)備設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2005.</p><p>　　[14] 劉朝儒. 機(jī)械制圖[M]. 北京：高等教育出版社，2001.</p><p>　　[15] HG/T 20668-2000《化工設(shè)備設(shè)計(jì)文件編制規(guī)定》.</p><p>

100、<b>　　致謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多老師、同學(xué)幫助，其中我小組的湯老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向湯老師尋求幫助，而湯老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。</p><p>　　另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課題，并在這個(gè)過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在即將

101、離校的最后一段時(shí)間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。</p><p>　　感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個(gè)龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭抛屛也粌H學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更