【正文】 ress cylindrical shell, pulloff force to be checked, Tie with fixed pitch pipe to determine, baffles, antired plates, partition plates choice, takeover selection and the need to determine the opening reinforcement, saddle selection and stress check. Fourth, the use of AutoCAD software for graphic design, drawings, including assembly drawings and rod, so the tube plate, left tube boxes and other parts diagram .Heat exchanger can be either a standalone device, but also a part of the process equipment. Its main function is to ensure that the process media required for the particular temperature, but also improve the energy efficiency of the main equipment. Through this design makes me a better understanding of the various factors that influence the heat transfer process, and by changing them to conform to the design requirements. At the same time, also because of CAD drawing in the various difficulties encountered with errors and corrections in the gradual process of overing and a portion of the heat exchanger to know the specific structure and why.Keywords : Heat exchanger 。 Tubes 。 Fixed tube plate沈陽化工大學學士學位論文 目錄目錄 引言 1 第一章 緒論 2 研究的目的和意義 2 國內外發(fā)展狀況 3 發(fā)展方向 7 第二章 傳熱工藝計算 8 8 定性溫度及物性參數(shù) 8 9 9 10 11 11 12 13 13 14 第三章 強度計算 15 15 15 16 16 18 18 20 設備法蘭的選擇 20 接管法蘭的選擇 管板的設計 21. 折流板的選擇 37 選型 37 折流板尺寸 37 換熱管無支撐跨距或折流板間距 37 折流板厚度 37 折流板直徑 38 管箱短節(jié)壁厚的計算 38 拉桿和定距管的確定 38 分程隔板厚度選取 39 支座的選擇及應力校核 39 支座的選擇 39 鞍座的應力校核 41參考文獻 43附錄一 英文文獻原文 46附錄二 英文文獻翻譯 63沈陽化工大學學士學位論文 引言引言換熱器設備是化學工業(yè)石油工業(yè)、石油化工等生產中最重要的設備之一，為了幫助我們的復習與鞏固以往學習過的專業(yè)知識，并對換熱器設備有一個深入了解。畢業(yè)設計是我們在學校結束階段的一個綜合學習、訓練，培養(yǎng)獨立工作能力的重要教學環(huán)節(jié)，畢業(yè)設計作為一個獨立的教學環(huán)節(jié)，不同于一門課程的學習，又不同于實際工程設計工作。畢業(yè)設計是一項學習任務，又是一項獨立的創(chuàng)造性工作。最大限度的采用新技術成就，反映現(xiàn)代技術的發(fā)展水平，充分發(fā)揮獨立工作能力，一定要遵循理論聯(lián)系實踐的原則。 由于知識貧乏與經驗不足，這次設計中不可避免的會有錯漏之處，敬請老師們給予諒解。44沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論第一章 緒論1 研究的目的和意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時，也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。強化傳熱技術的應用不但能節(jié)約能源、保護環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應用，使得換熱器的強化傳熱技術一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)[1]。 換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設備,在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)應用普遍。在煉油、化工裝置中換熱器占總設備數(shù)量的40%左右,占總投資的30%一45%。近年來隨著節(jié)能技術的發(fā)展,換熱器的應用領域不斷擴大,帶來了顯著的經濟效益[2]。 目前,在換熱設備中,管殼式換熱器使用量最大。因此對其進行研究就具有很大的意義。 換熱器換熱過程是為了實現(xiàn)下列目的：⑴通過減小設計傳熱面積來減小換熱器的體積和質量⑵．提高已有換熱器的換熱能力⑶．使換熱器能在較低額溫差下正常工作⑷．通過減小換熱器的流體阻力來減少換熱器的動力消耗2 國內外發(fā)展狀況 換熱管是管殼式換熱器的主要組成部分，以下是列舉的集中國內外新型高效換熱管以及它們的作用 螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內凸的異形管,管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內外的傳熱系數(shù),起到雙邊強化的作用。根據(jù)在光管表面加工螺旋槽的類型螺旋槽管有單頭和多頭之分,其主要結構參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角β。美國、英國、日本從1970年至1980年間對螺旋槽管進行了大量的研究[1] 華南理工大學曾研究過1974年前蘇聯(lián)提出的一種換熱管，研究表明：在相同流速下，橫紋管的流體阻力較單頭螺旋槽管的流體阻力要小。[2] 梁龍虎[3]經實驗研究,表明螺旋扁管管內膜傳熱系數(shù)通常比普通圓管大幅度提高,在低雷諾數(shù)時最為明顯,達2～3倍。隨著雷諾數(shù)的增大,通常也可提高傳熱系數(shù)50%以上。這是由瑞士Allares公司首先提出的一種換熱管。管子具有獨特結構,流體在管內處于螺旋流動,促使湍流程度。 英國CalGavin公司研制一種叫Heatex的插入物,它由一組延伸至管壁的圓態(tài)體組成,可使管側傳熱效率提高2～15倍[4]。 該公司還開發(fā)了一種叫HitranMatrixElements的花環(huán)式插入物,能在不增大壓降的條件下大大提高傳熱系數(shù)。用于液體工況,可使管殼式換熱器管程傳熱效率提高25倍。用于氣體工況,可使相應值提高5倍。此外,與正常流速相比,這種插入物使換熱管的防垢能力提高8～10倍[5] 內翅片管的特點是通過在換熱管管內擴大換熱面積，強化管內傳熱途徑來提高換熱效率。該換熱管在1971年由美國提出，日本，俄羅斯等國家進行過大量研究，研究表明：內翅片管的可以使管內換熱系數(shù)提高到光管的25倍[6] 縮放管是由依次交替的多節(jié)漸縮段和漸擴段構成,流體在該管結構的作用下引起湍動,從而提高傳熱效率?？s放管應用于單相流的研究已開展很多。華南理工大學提出一種改型縮放管,將每個縮放單元段中的擴張段減到最小,并采用外凸圓弧、內凹弧和直線相連接的方式。同時還對該改進型管進行自然對流沸騰換熱特性的實驗研究,表明了改進型縮放管的自然對流沸騰換熱性能優(yōu)于普通縮放管[7]。陳穎[8,9]經實驗和模擬計算,表明該改進型縮放管有較好的強化傳熱效果。 三維內肋管是通過專用的工具經過一定的方法對普通圓管內壁加工而成的高效強化傳熱元件。流體在管內受到三維肋的作用而使其熱邊界層的厚度減薄,從而提高對流傳熱膜系數(shù)。在某些煙氣管對流換熱中,三維內肋管具有獨特的自清灰功能,李清方[10]經實驗,比其它強化管如螺紋管的傳熱效果好。[11] 美國菲利浦石油公司于20世紀70年代,為改進傳統(tǒng)換熱器中管子與折流板的切割破壞和流體誘導作用，開發(fā)了殼程流體縱流折流桿式換熱器?？v流形支承結構的特征是殼程流體的流動方向與管束平行,這類換熱器基本實現(xiàn)了殼程、管程流體的完全逆流,增大了有效平均溫差,提高了傳熱效果。[1213] 從結構上看該換熱器主要包括2大類:一類是沒有中心管,折流板為非整體連續(xù)的螺旋結構,其設計原理為:將圓截面的特制板安裝在“虛擬螺旋折流系統(tǒng)”中,每塊折流扳占換熱器殼程橫剖面的1/4,傾角朝向換熱器的軸線,使殼程流體做螺旋運動,減少了管板與殼體之間易結垢的死角,從而提高了換熱效率。在氣水換熱的情況下,傳遞相同熱量時,該換熱器可減少30%～40%的傳熱面積,節(jié)省材料20%～30%。另一類是設有中心管,折流板為整體連續(xù)的螺旋結構。其設計形式是折流板圍繞中心管螺旋纏繞,形成整體連續(xù)的螺旋折流板結構,這種結構文獻中報道較少,張正國等[14]和英國公司[15]均有相關專利。另外遼寧石油化工大學陳世醒[16]又提出了一種特殊形式的折流板。商利艷[17]等分別對螺旋角為12176。、18176。、30176。、40176。的單螺旋板折流換熱器性能進行了實驗研究,隨著螺旋角的減小傳熱效果增強,但壓降增大,得出螺旋角為18176。的綜合性能最好。王樹立[18]等實驗結果表明最佳的螺旋角與殼程流體的雷諾數(shù)有關.[19]空心環(huán)支承是由華南理工大學研發(fā)的,它是由直徑較小的鋼管截成短節(jié),均勻分布在換熱管之間的同一截面上,呈線性接觸,其結構如圖4所示。研究表明,空心環(huán)管殼式換熱器取代折流板式換熱器使換熱器鋼材減少35%～50%,氣體壓降減少30%～40%,已成功應用于硫酸工業(yè)與石化工業(yè)。廣東鶴山市磷肥廠年產4104t硫酸的工業(yè)過程中,應用該換熱器比傳統(tǒng)換熱器節(jié)省換熱面積50%,節(jié)省鋼材40%。空心環(huán)常常與強化傳熱管配合使用,能夠同時強化管程、殼程傳熱,可獲得比普通光管高80%～100%的傳熱膜系數(shù)。但空心環(huán)支承的擾流作用不如折流桿支承,而且管束固定工藝相對較復雜。3 發(fā)展方向 管殼式換熱器是當今應用最廣泛的換熱設備,它具有高的可靠性和簡單易用性。特別是在較高參數(shù)的工況條件下,管殼式更顯示了其獨有的長處“目前在提高該類換熱器性能所開展的研究主要是強化傳熱,適應高參數(shù)和各類有腐蝕介質的耐腐材料以及為大型化的發(fā)展所作的結構改進。綜上所述,隨著強化傳熱理論的研究,加強管殼式換熱器的改進,將高效傳熱管與殼程強化傳熱的支撐結構相結合是今后換熱器發(fā)展的一個重要方向。不僅要重視加強換熱器傳熱元件的研究,而且防腐措施的強化同樣具有舉足輕重的作用,綜合考慮各方面因素,生產高質量、低成本的換熱器,在推動生產發(fā)展的同時,也會獲得較高的經濟效益。沈陽化工大學學士學位論文 第二章 傳熱工藝計算第二章 傳熱工藝計算殼程煤油的流量殼程煤油的進口溫度 120℃殼程煤油的進口溫度殼程柴油的工作壓力管程冷卻水的進口溫度管程冷卻水的出口溫度管程冷卻水的工作壓力 定性溫度及物性參數(shù)管程冷卻水定性溫度=30管程冷卻水密度查物性表得=管程冷卻水比熱查物性表得=管程冷卻水導熱系數(shù)查物性表得= 管程冷卻水的粘度=管程冷卻水普朗特數(shù)查物性表得Pr2=殼程煤油定性溫度==40+(120－40)=64殼程煤油密度查物性表得殼程煤油比熱查物性表得殼程煤油導熱系數(shù)查物性表得殼程煤油黏度殼程煤油普朗特數(shù)查物性表得Pr1=1000μ1Cp1／λ1=取定換熱效率為則設計傳熱量:冷卻水流量: = 參數(shù)P：參數(shù)R：換熱器按單殼程四管程設計， 則查《管殼式換熱器原理與設計》圖 26（a） 得： 溫差校正系數(shù)： 有效平均溫差： 參考表2—7《管殼式換熱器原理與計算》初選傳熱系數(shù)： 則初選傳熱面積為：選用 不銹鋼的無縫鋼管作換熱管。 則 管子外徑 管子內徑 管子長度 則所需換熱管根數(shù)：=380可取換熱管根數(shù)為400 根 則管程流通面積為（四管程）管程流速為： 管程質量流速為： 管程雷諾數(shù)為管程傳熱系數(shù)為：：查GB151—1999知管間距按?。汗苁行呐殴軘?shù)為： 取 22根則殼體內徑為： 則長徑比為（合理）折流板由書可知可以選擇弓形折流板。則弓形折流板的弓高為： 折流板間距為： 折流板數(shù)量為： 殼程流通面積為： 殼程流速為： 殼程質量流速為： 殼程當量直徑為：殼程雷諾數(shù)為： 殼程傳熱因子由《管殼式換熱器原理與設計》書圖212可查得：管外壁溫度假定值為：壁溫下油的黏度為：