【正文】 ................................................... 23 制造工藝 ................................................................................................................ 23 安裝與拆卸 ............................................................................................................ 24 5 Solidworks 繪出的實體模型 ........................................................................................... 26 小結(jié) ..................................................................................................................................... 27 參考文獻 ............................................................................................................................. 28 致謝 ..................................................................................................................................... 29 Ⅰ 長江大學工程技術(shù)學院畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 任務(wù)書 系 部： 機械系 專業(yè)： 過程裝備 班級： 裝備 0601 學生姓名： 丁紅林 指導教師 /職稱： 周志宏 / 教授 1. 畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 題目： 浮頭式換熱器設(shè)計 2. 畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 起止時間： 2021 年 11 月 1 日～ 2021 年 6 月 1 日 （ 論文 ） 所需資料及原始數(shù)據(jù) （ 指導教師選定部分 ） 換熱器設(shè)計原始數(shù)據(jù) 殼體規(guī)格 Φ700；管箱規(guī)格 Φ750；換熱管規(guī)格 19 3L=8000 項目 殼程 管程 設(shè)計壓力 （ Mp） 2 操作溫度 （ 進口 /出口 ） ℃ 175/155 144/163 設(shè)計溫度℃ 220 200 介質(zhì) 急冷油 鍋爐給水 （ 論文 ） 應(yīng)完成的主要內(nèi)容 （ 1） 換熱器的發(fā)展概況 （ 2） 總體參數(shù)設(shè)計計算 （ 3） 傳熱學計算 （ 4） 有限元分析 （ 5） 結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計 （ 6） 換熱器的工程圖設(shè)計 Ⅰ （ 論文 ） 的目標及具體 要求 換熱器的三維圖 工程圖：總裝配圖 ， 部件裝配圖各一張 ， 零件圖 3 張 完成畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 所需的條件及上機時數(shù)要求 熟悉 Solidworks 上機 100 小時 任務(wù)書批準日期 系 主任 /責任教授 任務(wù)書下達日期 指導教師 完成任務(wù)日期 學生簽名 Ⅱ 長江大學 工程技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 開題報告 題目名稱 浮頭式換熱器設(shè)計 系部 機械系 專業(yè)班級 裝備 601 學生姓名 丁紅林 指導教師 周志宏 輔導教師 周志宏 開題報告時間 2021 年 11 月 2021 年 12 月 Ⅱ 浮頭式換熱器設(shè)計 學 生：丁紅林 長江大學工程技術(shù)學院 指導教師：周正宏 長江大學機械工程學院 一 、題目來源及其類型 題目來源：生產(chǎn)實際 題目類別：畢業(yè)設(shè)計 二 、研究目的和意義 換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備 ， 隨著現(xiàn)代新工藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴重 ， 世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用 ， 有 時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達 96% 。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的 30% 左右 ， 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、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備 ， 其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時 ， 促進換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ， 產(chǎn)品系列化、標準化和專業(yè)化 ， 并朝大型化的方向研究發(fā)展。 三 、閱讀的主要參考文獻及資料名稱 [1] 史美中 ， 王中錚 .熱交換器原理與設(shè)計 [M].北京：東南大學出版社 ， 1996 [2] 錢頌文 .換熱器設(shè)計手冊 [M].北京：化學工業(yè)出版社 ， 2021 [3] 鄭津洋 ， 董其伍 ， 桑芝富 .過程裝備設(shè)計 [M].北京：化學工業(yè)出版社 ， 2021 [4]王志魁 .化工原理 [M].北京： 化學工業(yè)出版社 ， 2021 [5]賀衛(wèi)國 .化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊 [M].北京： 化學工業(yè)出版社 ， 2021 [6]王志文 .化工容器設(shè)計 [M].北京： 化學工業(yè)出版社 ， 1990 Ⅱ [7]賀匡國 .壓力容器分析設(shè)計基礎(chǔ) [M].北京： 機械工業(yè)出版社 ， 1995 [8]潘家禎 .壓力容器材料實用手冊 [M].北京： 化學工業(yè)出版社 ， 2021 [9]卓震 . 化工容器及設(shè)備 [M].北京： 中國石化出版社 ， 1998 [10]GB 1501998 鋼制壓力容器 [S].北京：中國標準出版社 ， 2021 [11]GB 1511999 管殼式換熱器 [S].北京：中國標準出版社 ， 2021 [12]HG 205821998 鋼制化工容器強度計算規(guī)定 [S].化工部工程建設(shè)標準編輯中心出版 ， 1998 [13] JB 47321995 鋼制壓力容器 —— 分析設(shè)計標準 [S].北京：新華出版社 ， 1995 [14] Beneath A. Saurian and Rosary S. Michalski， Applying Separable Evolution Model to Heat Exchange Design [15] James R Burly. Don＇ t overlook pact heat exchangers. Chemical Engineering.， 1991， 98（ 8） :90～ 96 [16]Heat transfer suppliers， focus on safety. Chemical Engineering， 1993， 100（ 4） :147～ 154 四 、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 我國換熱器發(fā)展前景 換熱器 （ 熱交換器 ） 是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備 ， 換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式 （ 混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器 ， 又稱接觸式換熱器 ） 、蓄熱式 （ 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體 （ 填料 ） 表面 ， 從而進行熱量交換的換熱器 ） 和間壁式 （ 隨間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開 ， 并通過間壁進行熱量交換的換熱器 ， 因此又稱表面式換熱器 ， 這類換熱器應(yīng)用最廣 ） 三類。 在我國換熱器的制造技 術(shù)遠落后于外國 ， 由于制造工藝和科學水平的限制 ， 早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu) ， 而且傳熱面積小、體積大和笨重 ， 如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展 ， 逐步形成一種管殼式換熱器 ， 它不僅單位體積具有較大的傳熱面積 ， 而且傳熱效果也較好 ， 長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 在我國隨著經(jīng)濟快速發(fā)展的同時 ， 各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快 ， 新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要 ， 我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準 ， 形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下基本要求： Ⅱ （ 1） 合理地實現(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） 經(jīng)濟上合理。 70 年代的世界能源危機 ， 有力促進了換熱強化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能將耗 ， 提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益 ， 要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效換熱設(shè)備。所以這些年來 ， 換熱器的開發(fā)和研究成了人們關(guān)注的課題。當今換熱器技術(shù)的發(fā)展以 CFD（ 計算流體力學技術(shù) ） 、模型化技術(shù)、強化傳熱技術(shù)等形成一個高技術(shù)體系。所謂提高換熱器性能 ， 就是提高其傳熱性能。狹義的強化傳熱系數(shù)指提高流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理：溫度邊界層 減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。 因此最近十幾年來 ， 強化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視 ， 得到了十分迅速的發(fā)展 ， 凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過程 ， 凝結(jié)換熱系數(shù)很高 ， 但經(jīng)過強化措施還可以進一步提升換熱效率。 1. 管外凝結(jié)換熱的強化 （ 1） 冷卻表面的特殊處理 對冷卻表面的特殊處理 ， 主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)可比通常的膜狀凝結(jié)高 5~10 倍 ， 由于水和有機液體能潤濕大部分的金屬壁面 ，所以應(yīng)采用特殊的表面處理方法 （ 化學覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等 ） ， 使冷凝液不能潤濕壁面 ， 從而形成珠狀凝 結(jié)。用電鍍法在表面涂一層貴金屬 ， 如金、鉑、鈀等效果很好 ， 缺點是價格昂貴。 （ 2） 冷卻表面的粗糙化 粗糙表面可增加凝結(jié)液膜的湍流度 ， 亦可強化凝結(jié)換熱。實驗證明 ， 當粗糙高度為 時 ， 水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高 90%。值得注意的是 ， 當凝結(jié)液膜增厚到可將粗糙壁面淹沒時 ， 粗糙度對增強凝結(jié)換熱不起作用。有時當液膜流速較低時 ，粗糙壁面還會滯留液膜 ， 對換熱反而不利。 （ 3） 采用擴展表面 在管外膜狀凝結(jié)中常常采用低肋管 ， 低肋管不但增加換熱面積 ， 而且由于冷凝流體的表面張力 ， 肋片上形成的液膜較薄 ， 因此其凝結(jié)換熱系數(shù)可比光管 高 75%~100%。 應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。螺旋槽管 ， 管子內(nèi)外壁均有螺紋槽 ， 既可強化 Ⅱ 冷凝換熱 ， 又可強化冷卻側(cè)的單相對流換熱 ， 與光管相比其凝結(jié)強度可提高 35~50%。在管外加螺旋線圈 ， 由于表面張力使凝結(jié)液流到金屬螺旋線圈的底部而排出 ， 上部及四周液膜變薄 ， 從而凝結(jié)換熱系數(shù)有時甚至可提高 2 倍。 2. 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化 （ 1） 擴展表面法 采用內(nèi)肋管是強化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法 ， 試驗表明 ， 其換熱系數(shù)比光管高20~40%。按光面計算則換熱系數(shù)可高 1~2 倍。 （ 2） 采用流體旋轉(zhuǎn)法 采用螺旋槽管等流體旋轉(zhuǎn)法可以強 化凝結(jié)換熱。換熱效率同比提升 30%， 但此時流動阻力也會增加。 （ 3） 改變傳熱面形狀 改變傳熱面形狀的方法有多種 ， 其中用于無相變強化傳熱的有橫波紋管、螺旋螺紋管和縮放管 ， 還有螺旋扁管和偏置折邊翅片管。都是高效換熱元件。 值得注意的是 ， 在強化凝結(jié)換熱之前 ， 應(yīng)首先保證凝結(jié)過程的正常進行。例如 ，排除不凝氣體的影響 ， 順利地排除冷凝液等。改變實踐證明 ， 在降低流體在殼程的阻力并保證流體在湍流狀態(tài)下流動 ， 這樣才能充分的提高介質(zhì)的換熱系數(shù) ， 內(nèi)翅片管、橫螺紋管、螺旋螺紋管都一樣 ， 不但可用于單相對流傳熱 ， 也可以有效的用于管內(nèi)流動 沸騰傳熱 （ 螺紋管在湍流時可使對流傳熱系數(shù)增加一倍多 ） 。當然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計各有新穎之處 ， 結(jié)構(gòu)上各具特色。原有的換熱器廠家最近也研制出一種新型Hybrid 換熱器 ， 他克服了板式因密封問題而受到限制的弱點 ， 很有發(fā)展前途。 近年來 ， 隨著制造技術(shù)的進步 ， 強化換熱元件的開發(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)濟效益。故我們在選擇換熱設(shè)備時一定要根據(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 ， 即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞。換熱器的作用不同 ， 其設(shè)計、選型、運行工況也各不相同。對換熱器的基本要求是換熱器要滿足換熱要求 ， 即達到需求的換熱量和熱媒溫度 。換熱器的熱損失要少 ， 換熱效率要高 。流動阻力要小 。要有足夠的機械強度 ， 抗腐蝕和抗損壞能力要強 ， 維護工作量要少 。結(jié)構(gòu) Ⅱ 要合理 ， 工作要安全可靠 ， 即零部件之間因為溫升而產(chǎn)生的熱應(yīng)力不會導致?lián)Q熱器破裂 。要便于制造、