【正文】 ................................................... 23 制造工藝 ................................................................................................................ 23 安裝與拆卸 ............................................................................................................ 24 5 Solidworks 繪出的實(shí)體模型 ........................................................................................... 26 小結(jié) ..................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 28 致謝 ..................................................................................................................................... 29 Ⅰ 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 （ 設(shè)計(jì) ） 任務(wù)書(shū) 系 部： 機(jī)械系 專(zhuān)業(yè)： 過(guò)程裝備 班級(jí)： 裝備 0601 學(xué)生姓名： 丁紅林 指導(dǎo)教師 /職稱(chēng)： 周志宏 / 教授 1. 畢業(yè)論文 （ 設(shè)計(jì) ） 題目： 浮頭式換熱器設(shè)計(jì) 2. 畢業(yè)論文 （ 設(shè)計(jì) ） 起止時(shí)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(dǎo)教師選定部分 ） 換熱器設(shè)計(jì)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(xiàng)目 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力 （ Mp） 2 操作溫度 （ 進(jìn)口 /出口 ） ℃ 175/155 144/163 設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算 （ 3） 傳熱學(xué)計(jì)算 （ 4） 有限元分析 （ 5） 結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì) （ 6） 換熱器的工程圖設(shè)計(jì) Ⅰ （ 論文 ） 的目標(biāo)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(jì) （ 論文 ） 所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求 熟悉 Solidworks 上機(jī) 100 小時(shí) 任務(wù)書(shū)批準(zhǔn)日期 系 主任 /責(zé)任教授 任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 指導(dǎo)教師 完成任務(wù)日期 學(xué)生簽名 Ⅱ 長(zhǎng)江大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 開(kāi)題報(bào)告 題目名稱(chēng) 浮頭式換熱器設(shè)計(jì) 系部 機(jī)械系 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 裝備 601 學(xué)生姓名 丁紅林 指導(dǎo)教師 周志宏 輔導(dǎo)教師 周志宏 開(kāi)題報(bào)告時(shí)間 2021 年 11 月 2021 年 12 月 Ⅱ 浮頭式換熱器設(shè)計(jì) 學(xué) 生：丁紅林 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師：周正宏 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 一 、題目來(lái)源及其類(lèi)型 題目來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際 題目類(lèi)別：畢業(yè)設(shè)計(jì) 二 、研究目的和意義 換熱器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(kāi)發(fā)和能源問(wèn)題的日趨嚴(yán)重 ， 世界各國(guó)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用 ， 有 時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家熱回收率已達(dá) 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(duì)的優(yōu)勢(shì) ，約 70% 。其余 30% 為各類(lèi)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(lèi)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(shí) ， 促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ， 產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專(zhuān)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(xiàn)及資料名稱(chēng) [1] 史美中 ， 王中錚 .熱交換器原理與設(shè)計(jì) [M].北京：東南大學(xué)出版社 ， 1996 [2] 錢(qián)頌文 .換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 [3] 鄭津洋 ， 董其伍 ， 桑芝富 .過(guò)程裝備設(shè)計(jì) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 [4]王志魁 .化工原理 [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 [5]賀衛(wèi)國(guó) .化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 [6]王志文 .化工容器設(shè)計(jì) [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 1990 Ⅱ [7]賀匡國(guó) .壓力容器分析設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 1995 [8]潘家禎 .壓力容器材料實(shí)用手冊(cè) [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 [9]卓震 . 化工容器及設(shè)備 [M].北京： 中國(guó)石化出版社 ， 1998 [10]GB 1501998 鋼制壓力容器 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ， 2021 [11]GB 1511999 管殼式換熱器 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ， 2021 [12]HG 205821998 鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定 [S].化工部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心出版 ， 1998 [13] JB 47321995 鋼制壓力容器 —— 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) [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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 我國(guó)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(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器 ， 又稱(chēng)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(jìn)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(kāi) ， 并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器 ， 因此又稱(chēng)表面式換熱器 ， 這類(lèi)換熱器應(yīng)用最廣 ） 三類(lèi)。 在我國(guó)換熱器的制造技 術(shù)遠(yuǎn)落后于外國(guó) ， 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制 ， 早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)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(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 在我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí) ， 各種不同型式和種類(lèi)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(guó)對(duì)某些種類(lèi)的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn) ， 形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求： Ⅱ （ 1） 合理地實(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） 經(jīng)濟(jì)上合理。 70 年代的世界能源危機(jī) ， 有力促進(jìn)了換熱強(qiáng)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(jì)效益 ， 要求開(kāi)發(fā)適用于不同工業(yè)過(guò)程要求的高效換熱設(shè)備。所以這些年來(lái) ， 換熱器的開(kāi)發(fā)和研究成了人們關(guān)注的課題。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以 CFD（ 計(jì)算流體力學(xué)技術(shù) ） 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)等形成一個(gè)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(qiáng)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(gè)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(lái) ， 強(qiáng)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(guò)程 ， 凝結(jié)換熱系數(shù)很高 ， 但經(jīng)過(guò)強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率。 1. 管外凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 （ 1） 冷卻表面的特殊處理 對(duì)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(jī)液體能潤(rùn)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(xué)覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等 ） ， 使冷凝液不能潤(rùn)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(diǎn)是價(jià)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(qiáng)化凝結(jié)換熱。實(shí)驗(yàn)證明 ， 當(dāng)粗糙高度為 時(shí) ， 水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高 90%。值得注意的是 ， 當(dāng)凝結(jié)液膜增厚到可將粗糙壁面淹沒(méi)時(shí) ， 粗糙度對(duì)增強(qiáng)凝結(jié)換熱不起作用。有時(shí)當(dāng)液膜流速較低時(shí) ，粗糙壁面還會(huì)滯留液膜 ， 對(duì)換熱反而不利。 （ 3） 采用擴(kuò)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(xiàn)圈。螺旋槽管 ， 管子內(nèi)外壁均有螺紋槽 ， 既可強(qiáng)化 Ⅱ 冷凝換熱 ， 又可強(qiáng)化冷卻側(cè)的單相對(duì)流換熱 ， 與光管相比其凝結(jié)強(qiáng)度可提高 35~50%。在管外加螺旋線(xiàn)圈 ， 由于表面張力使凝結(jié)液流到金屬螺旋線(xiàn)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(shí)甚至可提高 2 倍。 2. 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 （ 1） 擴(kuò)展表面法 采用內(nèi)肋管是強(qiáng)化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法 ， 試驗(yàn)表明 ， 其換熱系數(shù)比光管高20~40%。按光面計(jì)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(qiáng) 化凝結(jié)換熱。換熱效率同比提升 30%， 但此時(shí)流動(dòng)阻力也會(huì)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(wú)相變強(qiáng)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(qiáng)化凝結(jié)換熱之前 ， 應(yīng)首先保證凝結(jié)過(guò)程的正常進(jìn)行。例如 ，排除不凝氣體的影響 ， 順利地排除冷凝液等。改變實(shí)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(dòng) ， 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(duì)流傳熱 ， 也可以有效的用于管內(nèi)流動(dòng) 沸騰傳熱 （ 螺紋管在湍流時(shí)可使對(duì)流傳熱系數(shù)增加一倍多 ） 。當(dāng)然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計(jì)各有新穎之處 ， 結(jié)構(gòu)上各具特色。原有的換熱器廠(chǎng)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(wèn)題而受到限制的弱點(diǎn) ， 很有發(fā)展前途。 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 ， 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(jì)、選型、運(yùn)行工況也各不相同。對(duì)換熱器的基本要求是換熱器要滿(mǎn)足換熱要求 ， 即達(dá)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(dòng)阻力要小 。要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度 ， 抗腐蝕和抗損壞能力要強(qiáng) ， 維護(hù)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?yàn)闇厣a(chǎn)生的熱應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂 。要便于制造、