【正文】 ..........38 鞍座的型號及尺寸 .................................................................................................40 接管的最小位置 ...............................................................................................................40 ....................................................................................40 管箱接管位置的最小尺寸 ...................................................................................41附錄 外文翻譯 45參考文獻(xiàn) 551第一章 換熱器概述過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是廣泛使用的一種通用的過程設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%～20%；在煉油廠，約占總投資的 35%～40%。 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣（約 1500℃）的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。 換熱器的分類及特點(diǎn)管按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。 在這類換熱器中，熱量傳遞是通過格子磚或填料等蓄熱體來完成的。首先讓熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過，把熱量帶走。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染” 。2 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣氣熱交換的場合。 這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類換熱器。冷、熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進(jìn)行傳熱。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為：管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等；板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等；擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱等。 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 由于設(shè)計(jì)題目是浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次就稱為一個(gè)殼程，而圖 121 所示為最簡單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可以配合使用。這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過 50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型：3固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭，故當(dāng)管束與殼體受熱伸長時(shí)，兩者互不牽制，因而不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。由上述特點(diǎn)可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動和溫差大的場合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)4更復(fù)雜、造價(jià)更高。U 型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見圖 3。一束管子被彎制成不同曲率半徑的U 型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個(gè)管箱。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故 U 型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。 雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖 4。管程流體（B 流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。填料函式換熱器：圖 5 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。5 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作效率。（1）雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設(shè)置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。適用場合：①管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高 1～ 倍；②冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。（2）螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。物流通過這種結(jié)構(gòu)換熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場合。（3）雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個(gè)管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。 換熱管簡介換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。國內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種：螺紋管：又稱低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻 倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。（1） T 形翅片管：用于管外沸騰時(shí)，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高 ～ 倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強(qiáng)化沸騰傳熱。（2） 螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動有利于減薄邊界層，后一種流動分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動，傳熱系數(shù)提高 ～ 倍，但阻力降增加 ～ 倍。（3） 波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強(qiáng)化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。 管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一6中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用。尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對這類換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。7第二章 工藝計(jì)算 在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱面積。工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述： 設(shè)計(jì)條件兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 82℃，出口溫度 76℃；冷流體（自來水）進(jìn)口溫度 51℃，出口溫度 71℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷凝，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)改換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差不大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 因兩流體中苯發(fā)生相變,水的對流傳熱系數(shù)一般較大且易結(jié)垢,故應(yīng)使循環(huán)水走管程，苯品走殼程。選用 Φ20x2 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 ui=。 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程苯的定性溫度為T=(82+80)/2=81（℃） T’=(80+76)=78（℃） 管程流體的定性溫度為t=（ 51+71） /2=61（℃）苯在 79℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 ρ=’=879kg/ m 3定壓比熱容 cp =（kg.℃）c p ’=（kg .℃）導(dǎo)熱系數(shù) λ=（m. ℃） λ’=（m. ℃）粘度 μ o=汽化熱 △H=394kj／kg流量 )/(350hkgm?循環(huán)冷卻水在 61℃下的物性數(shù)據(jù)：密度 ρ i =983kg/m3定壓比熱容 c pi =(kg.℃)導(dǎo)熱系數(shù) λ i=(m.℃)粘度 μ i=8 換熱器傳熱面積與換熱器規(guī)格： 流動空間的確定選擇被冷卻的苯品走殼程，冷卻介質(zhì)水走管程。這是因?yàn)椋罕焕鋮s的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時(shí)對于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。 初算換熱器傳熱面積 39。A 傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算）熱負(fù)荷：Q c=mo△ H+mocpto+mocpt1=3500394﹢ 3500(8280) ﹢3500(8076)=106kj/h= ?冷卻水用量： 14071520kg/????=（ ）△ （ 5） 有效平均溫差 的計(jì)算39。mA選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢?。采用平均溫度差?t12m==△ △ （ 80） （ 15）△ （ ℃ ） △△ 7t39。 △ △ （ 6） （ ）△ （ ℃ ） △△ 15)(, Cmtt ????總 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 =300W/（㎡﹒℃） ；K估 初算出所需的傳熱面積 39。A；390782A39。=.??（ ）△ 總考慮到所用傳熱計(jì)算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的換熱器具有換熱面積 留有裕度 10%25%，故有0A，根據(jù) 查選型手冊，可選換熱器的型式為：39。 21..*7348??，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng)采用三臺同類換熱器串聯(lián)。BES2586/Ⅱ9所選浮頭式換熱器的規(guī)格參數(shù)以及其工藝計(jì)算常用參數(shù)可參考表 23與表 24（附第二章后） 。 傳熱管數(shù)及管程的確定選用 Φ20x2 的傳熱管（碳鋼）l=(m),取管內(nèi)流速 ui= 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)s 22i150/(9836)n7().7..4Vdu????根按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為 (m)? p7694()l5N?管 程傳熱管總根數(shù) N=72x4=288 (根) 管心距的計(jì)算 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正方形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距 t=，則 T= 20=25（mm）?橫過管束中心線的管數(shù) nc= = 19（