【正文】 k P aPaP i 105 1 9 ) 3 6 2( ???????? 管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。 994 825 流速 ,m/s 傳熱量， kW 總傳熱系數(shù) ,W/m178。本次設(shè)計選擇了冷卻水走管程，煤油走殼程的方案。了解到了工藝設(shè)計計算過程的制法。王老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的 高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn) ， 使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法。 F ─── 系數(shù) 。 M ─── 程數(shù) ,m。 Nu ─── 努塞爾特準(zhǔn)數(shù) 。 R ─── 熱阻 ,m2. oC /w。 T ─── 熱流體溫度 , oC。 △ ─── 有限差值 。 下標(biāo) c ─── 冷流體 。 o ─── 管外 。 i─── 管內(nèi) 。 μ ─── 黏度 , ρ ───密度 ,kg/m3。 W ─── 質(zhì)量流量 ,kg/s。 S ─── 傳熱面積 。 Q ─── 傳熱速率 ,W。 N ─── 管數(shù) /程數(shù) 。 K ─── 總傳熱系 數(shù) ,w/()。在此，謹(jǐn)向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 32 附錄 字母說明 英文字母 B ─── 折流板間距 m； C ─── 系數(shù)，無量綱； D ─── 管徑 m； D ─── 換熱氣外殼內(nèi)徑 m。但由于本課程設(shè)計屬我第一次設(shè)計，而且時間比較短，查閱的文獻(xiàn)有限，本課程設(shè)計還有較多地方不夠完善，不能夠進(jìn)行有效可靠的計算。 由上所述表明，管殼和管程壓力均滿足設(shè)計要求，也能滿足工藝上的規(guī)定的換熱條件，結(jié)構(gòu)上也能完全可靠，制造、安裝、操作和檢修方便，經(jīng)濟(jì)上也合理。﹒ K 290 污垢系數(shù) , m178。 28 3 結(jié)論 換熱器類型：固定管板式 換熱面積（ m178。 24 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)冷水流速 u= m/s，則接管內(nèi)徑為 )( )9943600/(325354 md ?? ??? 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 80 ㎜。但 10?R 的點在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以 1/R 代替 R， PR 代替 P，查同一圖線，可得 ??t? 平均傳熱溫差 23 Ctt omtm ??????? ?? 4 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩 側(cè)采用正方形排列。℃ )/W K =(㎡ 污垢熱阻 siR = ㎡ 20 確定物 性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 ? 流速的確定 當(dāng)流體不發(fā)生相變時，介質(zhì)的流速高，換熱強(qiáng)度大，從而可使換熱面積減少、結(jié)構(gòu)緊湊、成本降低，一般也可抑止污垢的產(chǎn)生。 ( 5 )泄漏后危險性大的流體可以減少泄漏機(jī)會，以保安全。 2 ．宜于通入管間空間的流體 ( l )當(dāng)兩流體溫度相差較大時， a 值大的流體走管間這樣可以減少管壁 與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對伸長，故溫差應(yīng)力可以降低。 ( 3 )有壓力的流體因為管子承壓能力強(qiáng)，而且還簡化了殼體密封的要求。 ⑥ 應(yīng)盡量避免采用貴金屬，以降低成本。 ③ 管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的的管壁溫和殼體溫差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。 ? 校核傳熱面積，應(yīng)有一定安全系數(shù)，否則需重新設(shè)計。 ? 校核管內(nèi)流速，確定管程數(shù)。 ⑧ 初估傳熱面積。 ⑤初算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)。 非系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的一般步驟 ①了解換熱流體的物理化學(xué)性質(zhì)和腐蝕性。 ② 不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以 ICr18Ni9 為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的 18 ~8 奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。該溫度直接影響加熱劑或冷卻劑的耗量和換熱器的大小，所以此溫度的確定有一個優(yōu)化問題。一般來說，除低溫及冷凍外，冷卻劑應(yīng)優(yōu)先選用水，水的初溫應(yīng)當(dāng)由當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件決定；此外，應(yīng)注意： ①水與被冷卻流體冷端之間一般需有 5 ～ 35℃的溫度差。 以上這些原則有些是相互矛盾的，所以在具體設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。 ④ 應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 ? 流動空間的選擇 在管殼式換熱器的計算中，首先需 要 決定何種流體走管程，何種流 體走殼程，這需遵循一些一般原則。因此，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧韵驕p少熱應(yīng)力的影響。 13 2 設(shè)計部分 設(shè)計任務(wù) 某生產(chǎn)過程中，需將 6000 kg/h 的煤油從 140℃冷卻至 40℃，壓力為 ；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為 ，循環(huán)水入口溫度 30℃，出口溫度為 40℃。 ②假管 為減少管程分程 引 起的中間穿流的影響，可設(shè)置假管。 （ a）水平圓缺 (b)垂直圓缺 (c)環(huán)盤型 (a) (b) (c) 圖 17 折流板型式 12 ?緩沖板 在殼程進(jìn)口接管處常裝有防沖擋板，或稱緩沖板。 正三角形排列： = N 正方形排列： ? 多管程 D= /tN?? 式中 N— 排列管子數(shù) η — 管板利用率 正三角形排列： 2 管程 η =～ ﹥ 4 管程 η =～ 正方形排列： 2 管程 η =～ ﹥ 4 管程 η =～ 殼體內(nèi)徑 D 的計算值最終應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。 殼體內(nèi)徑 D 取決于傳熱管數(shù) N、排列方式和管心距 t。 介質(zhì) 在殼程的流動方式有多種形式，單殼程型式應(yīng)用最為普遍。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內(nèi)對各種元件的設(shè)置型式亦不同，以此來滿足 設(shè)計的要求。管程多者可達(dá)到 16 程，常用的由 6 程，其布置方案見表。管箱具有一個可拆蓋板， 因此在檢修或清洗管子時無須卸下管箱。 ?封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端 ，其作用式控制及分配管程流體。 管板與殼體的連接有可拆連接和不可拆連接兩種。 管板與管子的連接可脹接或焊 接。在設(shè)計和制造換熱器時，正確選用材料很重要。 的比值，焊接時為 ，脹接時為 ～ 。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。 8 圖 14 填料函式換熱器 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 管程結(jié)構(gòu) 介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。缺點是管內(nèi)清洗比較困難。但該類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、本中，造價約比固定管板式高 20%左右 ，材料消耗量大，而且由于浮頭的端蓋在操作中無法檢查，所以在制造和安裝時要注意其密封，以避免發(fā)生內(nèi)漏，管束和殼體的間隙較大，在設(shè)計時要避免短路。 圖 11 固定管板式換熱器 ?浮頭式換熱器 浮頭式換熱器針對固定管板式的缺陷做了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)構(gòu)簡單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)是殼側(cè)清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清洗的流體。 ?間壁式換熱器 其特點是在冷、熱流體之間用以金屬壁（或石墨等導(dǎo)熱性能良好的非金屬壁）隔開，使兩種流體在不發(fā)生混合的情況下進(jìn)行熱量傳遞。熱、冷流體交替通過蓄熱室，利用固體填充物來積蓄或放出熱量而達(dá)到熱交換的目的。 根據(jù)冷、熱流體熱量交換的方式，換熱器可以分為以下三大類： ?直接接觸式換熱器 這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)接觸而相互傳遞熱量，實現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱。 列管式換熱器的應(yīng)用已具有很悠久的歷史。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的 40%左右，占總投資的 30%～ 45%。因此換熱設(shè)備的研究備受世界各國政府及研究機(jī)構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機(jī)及在節(jié)約能源上研究新途徑。管數(shù)為 116，管長為 ，管間距為 32mm，折流板形式采用上下結(jié)構(gòu)，其間距為 150mm，切度高度為 25%，殼體內(nèi)徑為 450mm，該換熱器可滿足生產(chǎn)需求。由總傳熱速率方程可知，要計算換熱面積，得確定總傳熱系數(shù)和平均溫差。 本設(shè)計的核心是計算換 熱器的傳熱面積，進(jìn)而確定換熱器的其他尺寸或選擇換熱器的型號