【正文】 的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。 管殼式換熱器的分類(lèi)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(lèi)型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 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(chǎng)合。這類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合。 隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。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%。換熱器在設(shè)計(jì)過(guò)程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)廣闊的思維想象空間，還能激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新意識(shí)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我盡量采用 較新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，做到既滿足設(shè)計(jì)要求，又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益為主，力爭(zhēng)使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實(shí)際需要，適合市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的題目是 浮頭式換熱器設(shè)計(jì)。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò) 6 張圖表現(xiàn)出來(lái)。 1 目 錄 摘要 ................................................................. 1 Abstract ............................................................. 2 前言 ................................................................. 3 第一章 換熱器概述 .................................................... 4 換熱器的應(yīng)用 .................................................. 4 換熱器的主要分類(lèi) .............................................. 4 管 殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) .......................................... 9 換熱管簡(jiǎn)介 ................................................... 10 第二章 工藝計(jì)算 ..................................................... 11 設(shè)計(jì)條件 ..................................................... 11 核算換熱器傳熱面積 ........................................... 11 壓力降的計(jì)算 ................................................. 16 換熱器壁溫計(jì)算 ............................................... 19 第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 .................................... 22 殼體與管箱厚度的確定 ......................................... 22 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ................................................. 24 水壓試驗(yàn) ..................................................... 30 換熱管 ....................................................... 31 管板設(shè)計(jì) ..................................................... 33 折流板 ....................................................... 39 拉桿與定距管 ................................................. 41 防沖板 ....................................................... 42 保溫層 ....................................................... 42 法蘭與墊片 .................................................. 42 鉤圈式浮頭 .................................................. 46 分程隔板 .................................................... 52 鞍座 ........................................................ 52 接管的最小位置 .............................................. 54 2 第四章 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn) ..................................... 56 換熱器的腐蝕 ................................................. 56 換熱器的制造與檢驗(yàn) ........................................... 56 第五章 焊接工藝評(píng)定 ................................................. 60 殼體焊接工藝 ................................................. 60 換熱管與管板的焊接 ........................................... 60 法蘭與筒體的焊接 ............................................. 61 第六章 換熱器的安裝、試車(chē)與維護(hù) ..................................... 62 安裝 ......................................................... 62 試車(chē) ......................................................... 62 維護(hù) ......................................................... 63 總結(jié) ................................................................ 64 致謝 ................................................................ 66 參考文獻(xiàn) ............................................................ 67 附錄Ⅰ浮頭法蘭厚度計(jì)算程序 .......................................... 68 附錄Ⅱ 相關(guān)文獻(xiàn) ..................................................... 72 1 摘要 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是關(guān)于 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 關(guān)于浮頭式換熱器設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中都有詳細(xì)的說(shuō)明。 浮頭式換熱器是長(zhǎng)嶺煉油廠的典型設(shè)備，主要用于原油和油品等的換熱，并且設(shè)計(jì)的原始資料及數(shù)據(jù)均來(lái)源于工廠中正在運(yùn)行的設(shè)備。 同時(shí) 為了使本次設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行順利，我在設(shè)計(jì)前參閱了許多有關(guān)書(shū)籍和英文文獻(xiàn)，并做了一定的摘要。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以很好地將所學(xué)的知識(shí)加以應(yīng)用，在自己的腦海中鞏固，這是我選擇這個(gè)課題的初衷，而事實(shí)上我也達(dá)到了預(yù)期的目的。 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。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。 在這類(lèi)換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格子磚或填料等蓄熱體來(lái)完成的。 這是工業(yè) 中最為廣泛使用的一類(lèi)換熱器。 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 。 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(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。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(guò)殼體空間，稱為多殼程。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。 與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 （ 2） 浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 8 （ 3） U型 管式換熱器 ：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖 3。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)。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。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量 10 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(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)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。 換熱管簡(jiǎn)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。 （ 4） 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(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高 ～ ，但阻力降增加 ～ 倍。 11 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(lèi)型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱 面積。 C） 出口溫度 （176。 S 熱阻（ *103）㎡178。 初算換熱器傳熱面積 39。 ( ) 2 6 .5 3 .1 6 5 ( 1 0 1 6 9 ) 2 6 8 3 .9 K Wc c pc c o c iQ m c T T? ? ? ? ? ? ?( ) = 6 .4 4 2 .5 8 7 ( 3 0 0 1 0 0 ) = 3 3 3 2 .1 K Wh h ph hi hoQ m c T T? ? ? ?； 故 ? 。 121 0 0 6 9 3 1 。 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 K估 =180W/（㎡﹒℃）； 初算出所需的傳熱面積 39。 ? ℃ K估 =180W/（㎡﹒℃） 39。 總傳熱系數(shù) K的校驗(yàn) 管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù) K的計(jì)算公式如下： 11 o o os o s iw m i ib d d dRRK d d d? ? ? ? ?Oiα λ α 式中： K—— 總傳熱系數(shù)， W/（㎡﹒ K）； iα 、 Oα —— 分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，W/（㎡﹒ K）； siR 、 soR —— 分別為管程和殼程的污垢熱阻，㎡178。i? 計(jì)算如下： 由于 2ia??? ，故原油為高黏度的流體，故應(yīng)用SiederTate 關(guān)聯(lián)式： 39。 Pr 183? ?? 39。 K/W 10soR ??? m2178。1 0 1 6 9h i h oc o c iTTR TT? ?? ? ? ???熱 流 體 的 溫 降冷 流 體 的 溫 升 1 0 1 6 9 0 . 1 3 93 0 0 6 9c o c ih i c iTTP TT? ?? ? ? ???冷 流 體 的 溫 升兩 流 體 最 初 溫 差； 根據(jù) R、 P 值，查溫度校正系數(shù)圖可得溫度校正系數(shù) ? ? ? ，因此有效平均溫度差為： 39。039。20 ? 39。 其中， Lp 、 rp 、 np 的計(jì)算式如下： 2()2i i iLiilup d ???； 23( )2iir up ??； ( )2iin up ??； 式中： iu —— 管內(nèi)流速， /ms； id —— 管內(nèi)徑， m ；l —— 管長(zhǎng)， m ； i? —— 摩擦系數(shù)，無(wú)量綱，可由下式求??； i? —— 管內(nèi)流體密度， 3/kgm 。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會(huì)產(chǎn)生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動(dòng)變得更加