【正文】 統(tǒng)復(fù)習(xí)；思維方式和設(shè)計(jì)思想更加全面化和系統(tǒng)化。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 參考文獻(xiàn) [1] 朱聘冠 .換熱器原理及計(jì)算 [M].北京 ：清華大學(xué)出版社， 1987 [2] 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 [3] 錢頌文 .換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [4] 莊俊，徐通明，石壽椿 .熱管與熱管換熱器 [M].上海：上海交通大 學(xué)出版社， 1987 [5] 董大勤 .化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1990 [6] 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)編 寫組 .化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) [M].北京：石油化學(xué) 工業(yè)出版 社， 1978 [7] 趙克勤，王秀珍，王正 .石油化工容器及設(shè)備 [M].武漢：華中理工 大學(xué)出版社， 1990 [8] [美 ]賈瓦特 [M].北京：中國(guó)石化出版 社， 2021 [9] 顧芳珍，陳國(guó)桓 .化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M].天津：天津大學(xué)出版社， 1997 [10] 黃振仁，魏新利 .過程裝備成套技術(shù) ,北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021 [11] 黃振仁，魏新利 .過程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南 [M].北京：化學(xué) 工業(yè) 出版社， 2021 [12] 鄭津洋，董其伍，桑芝富 .過程裝備設(shè)計(jì) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版 社， 2021 [13] 鄒廣華，劉強(qiáng) .過程裝備制造與檢測(cè) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [14] [美 ]James Maan ， ASME 壓力容器設(shè)計(jì)指南第二 [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [15] 濮良貴，紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì)第八版 [M].北京：高等教育出版社 ， 2021 [16] 鄧文英 .金屬工藝學(xué)第四版 [M].北京：高等教 育出版社 2021 [17] 教育部高等學(xué)校機(jī)械學(xué)科過程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委參考文獻(xiàn) 33 員會(huì) .過程裝備與控制工程 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [18] 成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [19] GB [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2021 [20] GB [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2021 [21] HG [S].化工部工程建設(shè) 標(biāo)準(zhǔn)編輯中心出版， 1998 [22]JB —— 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) [S].北京：新華出 版社， 1995 [23] 史美中 王中錚，《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》（第二版），東南大學(xué)出 版社； [24] 錢頌文，《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社， 2021； [25] 楊崇麟，《板式換熱器工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社， 1994； 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 致謝 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中 我的 于老師給了我很大的幫助和支持。他一絲不茍的作風(fēng)是我學(xué) 習(xí)中的榜樣； 他 循循善誘的教導(dǎo)思路給予我無盡的啟迪 。因 此換熱器技術(shù)水平是煉油廠先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。于是美國(guó)人首先發(fā)明了折流桿列管式換熱器。為進(jìn)一步提高殼程傳熱能力，于是產(chǎn)生了螺旋折流板式列管換熱器。 由于制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和傳熱理論研究的不斷完善，有關(guān)換熱器的節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用越來越引起關(guān)注，特別是近年來，能源與材料附錄 1 37 費(fèi)用的不斷增長(zhǎng)極大地推動(dòng)了對(duì)高效節(jié)能換熱器的 研究，地下工程空間有限，高效率的換熱器能節(jié)約地下工程的使用空間和能源。殼程支撐結(jié)構(gòu)在作為管束支撐的同時(shí)又起到擾動(dòng)殼程流體、強(qiáng)化殼程傳 熱的作用，因此合理的殼程支撐結(jié)構(gòu)不僅影響換熱器的機(jī)械性能，對(duì)其傳熱和流動(dòng)阻力性能的提高也起著很重要的作用。 3. 根據(jù)以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的幾種換熱器性能評(píng)價(jià)方法對(duì)所研究的換熱器進(jìn)行性能評(píng)價(jià)和比較。 三、研究步驟、方法及措施： 1. 根據(jù)熱能與動(dòng)力原理，對(duì)換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并得到換熱器的殼程傳熱準(zhǔn)則關(guān)系式和流阻準(zhǔn)則關(guān)系式 。 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題： 管殼式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的一種換能設(shè)備，如何有效地改善其傳熱性能一直為人們所關(guān)心，強(qiáng)化傳熱則是改善其傳熱性能的重要手段。 我國(guó)現(xiàn)行服役的換熱器大多采用 20 世紀(jì) 50 年代國(guó)外早期的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，換熱效率較低、阻力降大、易結(jié)垢，停工檢修頻繁。折流桿的夾持作用又抑制了破壞性振動(dòng)，使換熱器大型化成為可能。首先在換熱器兩個(gè)傳熱界面之一的管程采用了螺紋管、異形管、內(nèi)插物等強(qiáng)化傳熱新技術(shù)，使管程傳熱有了較大的突破。以煉油廠為例，換熱器占設(shè)備總金屬消耗量的 20%左右。每次遇到做得不好的地方，老師都給我耐心的講解和分析。將理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)，但是，設(shè)計(jì)過程中仍然存在不足之處，有的問題還需要進(jìn)一步展開研究。雖然做的過程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。換熱器的主要數(shù)據(jù)如表 43所示。CL 相近，如圖 49所示。 采用雙支座時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)鞍座為活動(dòng)支座，地腳螺栓為 長(zhǎng)圓孔，配合兩個(gè)螺母，第一個(gè)螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個(gè)螺母鎖緊。 在選取密封面時(shí)綜合考慮介質(zhì)因素和裝拆的因素，殼體法蘭均采用凹凸面型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。 （ 3）榫槽型密封面 密封面是由一個(gè)榫和一個(gè)槽所組成，在墊圈放在槽內(nèi)。 （ 1）平面型密封面 密封表面是一個(gè)突出的光滑平面（又稱突平面）。 ???? ???mmmmDD N 7 0 01 0 01 ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的確定 25 外頭蓋同樣采用材質(zhì)為 20Ⅱ的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，δ =8mm，箱體長(zhǎng)為 430mm 曲面高度： （ 451） 如圖示為浮頭端的裝配圖，包括碟形蓋，鉤圈法蘭和浮動(dòng)管板，由于浮動(dòng)管板要與管子脹接后從殼體一端伸到另一端，因此管板的外直徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑，其主要尺寸如圖 42所示。 管子與管板的連接必須牢固、不泄漏，不產(chǎn)生大的應(yīng)力變形，最常見的連接方法為脹接，脹接只能用于工作壓力低與 4MPa 和溫度低于 300℃ 的場(chǎng)合；對(duì)于高溫、高壓、易燃、易爆的運(yùn)行條件多采用焊接，但采用焊接容易產(chǎn)生熱應(yīng)力且間隙中流體不流動(dòng)很容易造成間隙腐蝕，采用脹焊并用的方法可以避免。 殼體厚度： （ 449） ? 8mm，所以初步確定的殼體可以使用。39。 長(zhǎng)徑比： ??SDl 合理 32bDD LS ??mD S ????第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的確定 19 管程計(jì)算 管程接管直徑 （ 414） 取標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管 61402 ??d mm 管程雷諾數(shù) （ 415） 管程換熱系數(shù) （ 416） 殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算 折流板形式選為弓形 折流板缺口高度： mDh S ?? 折流板的圓心角為 120176。39。 估計(jì)殼體直徑在 400~700mm 之間，所以由《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》的表 可知一臺(tái)拉桿數(shù)為 4。 由《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》中表 可知管中心距 s=32mm 分程隔板槽處管中心距 El =44mm 平行于流向的管距 s 0 ??? ssP mm 垂直于流向的管距 1630sin 0 ??? ssn mm 由《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》中的 節(jié)得出拉桿直徑為 16mm 作管子排列草圖 ,如圖 41 所示。 mtk QFm ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的確定 17 管子材料、規(guī)格及管內(nèi)水的流速選擇 管子材料及規(guī)格選用碳Φ 25* 的碳鋼無縫鋼管。239。39。111 ??? ?skgM / ?39lnm inm a xm inm a x,1 ??? ?????tt ttt cm1039。 工具書： 化工英漢詞典、化工設(shè)計(jì)手冊(cè) GB 1501998 鋼制壓力容器、 GB 1511999 管殼式換熱器 本章小結(jié) 初步確定本次設(shè)計(jì)為浮頭式換熱器（Ⅱ型），循環(huán)冷卻水 走管程，煤油走殼程。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步選用浮頭式換熱器（Ⅱ型）。本次設(shè)計(jì)需要進(jìn)行： 總體參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 傳熱學(xué)計(jì)算 結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì) 換熱器的工程圖設(shè)計(jì)：總裝配圖一張；零件圖 3張 確定設(shè)計(jì)方案 冷卻劑的選用 因?yàn)樗亲钊菀撰@得，并且廉價(jià)，所以本次設(shè)計(jì)中選用的冷卻劑為水。 板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。 間壁式換熱器分類 ： 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。它是利用間壁（固體壁面）將進(jìn)行熱交換的冷、熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。在換熱器內(nèi)首先由熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由冷流體通過，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。 ⑴ 直接接觸式換熱器 這類換熱器又稱混合式換熱器，它是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器。到目前為止，已研究和開發(fā)出多種新的強(qiáng)化傳熱技術(shù)和高效傳熱元件。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業(yè)部分都在大力發(fā)展大容量、高性能設(shè)備，以減少設(shè)備的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用 。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換 熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。 例如，如煙道氣（約 200～ 300℃ ）、高爐爐氣（約 1500℃ ）、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣（ 300～ 1000℃ ）等的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動(dòng)力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。然后按照設(shè)計(jì)的要求以及一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于方便拆卸，清洗方便，對(duì)于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。 本次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種， 管殼式換熱器以其對(duì)溫度、壓力、介質(zhì)的適應(yīng)性，耐用性及經(jīng)濟(jì)性，在換熱設(shè)備中始終占有約 70%的主導(dǎo)地位。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家熱回收率已達(dá) 96% 。該換熱器推薦用于氦技術(shù)和冷卻工藝。但若利用金屬絲作為筋條（翅片）以增加換熱面積時(shí)，只有當(dāng)非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時(shí)，才應(yīng)更偏重于此方法。但這種方法對(duì)整個(gè)設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響，因?yàn)殁F焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。 由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特使管程與殼程同時(shí)處于螺旋運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。 三、新型麻花管換熱器 Alares 公司開發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。 為此，美國(guó)提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會(huì)降低凈傳熱。 二、螺旋折流板換熱器 在管殼式換熱器中，殼程通常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。 對(duì)過渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個(gè)長(zhǎng)度上無不嚴(yán)密性的微裂紋。試驗(yàn)是采用在翅片表面噴涂 ac－鋁，并添加了 24a 白色電爐氧化鋁。其實(shí)質(zhì)是采用高 速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。雖然各種板式換第一章 緒論 5 熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的良好機(jī)遇，以及進(jìn)口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國(guó)換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。生活熱水系統(tǒng)的換熱器應(yīng)易于清除水垢，以上要求常常相互制約，難燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 于同時(shí)滿定，因此應(yīng)視具體情況，在換熱器的選型和設(shè)計(jì)中有所側(cè)重，滿足工程對(duì)換熱器的主要要求。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 。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。 近年來，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)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(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。例如，排除不凝氣體的影響，順利地排除冷凝液等。換熱效率同比提升 30%，但此 時(shí)流動(dòng)阻力也會(huì)增加。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(shí)甚至可提高 2倍。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。用電鍍法在表面涂