【正文】 溫度差、校核傳熱面積、流體助力計算、壁溫計算。換熱器種類很多，根據(jù)冷、 熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。 ，文獻(xiàn)綜述、開題 報告等。 。 （Ⅱ型）的換熱器 ：總裝配圖一張；零件圖 3張 參 考 資 料 《熱交換器原理與設(shè)計》（第二版），史美中 王中錚，東南大學(xué)出版社； 《換熱器設(shè)計手冊》，錢頌文，化學(xué)工業(yè)出版社， 2021； 《板式換熱器工程設(shè)計手冊》，楊崇麟，機械工業(yè)出版社， 1994； 周 次 1— 4周 5— 8周 9— 12周 13— 16周 17周 應(yīng) 完 成 內(nèi) 容 熟悉課題檢索資料，完成外文資料翻譯、文獻(xiàn)綜述、開題報告 完成初步方案設(shè)計，進(jìn)行裝置技術(shù)參數(shù)計算 技術(shù)設(shè)計及 相關(guān)計算 繪制技術(shù)工程圖 零部件圖 技術(shù)設(shè)計繪圖 撰寫、完善畢業(yè)論文 答辯 指導(dǎo)教師：于敏之 職稱：副教授 2021年 3月 6 日 系級教學(xué)單位審批： 年 月 日 Ⅱ 摘要 換熱設(shè)備是煉油廠的典型設(shè)備，主要用于原有和油品等的換熱或冷卻。 首先是根據(jù)給定的工藝參數(shù)進(jìn)行前期的工藝計算，這部分的主要目的是確定浮頭式換熱器的具體型號，以及一些對接下來的結(jié)構(gòu)設(shè)計有影響的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 其次是結(jié)構(gòu)計算。材料的選用與制造成本緊密相連，所以應(yīng)該在保證設(shè)計要求的前提下盡量降低成本。 在我國隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了節(jié)能將耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效換熱設(shè)備。狹義的燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 強化傳熱系數(shù)指提高流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)可比通常的膜狀凝結(jié)高 5~10 倍，由于水和有機液體能潤濕大部分的金屬壁面，所以應(yīng)采用特殊的表面處理方法（化學(xué)覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等），使冷凝液不能潤濕壁面，從而形成珠狀凝結(jié)。值得注意的是，當(dāng)凝結(jié)液膜增厚到可將粗糙壁面淹沒時，粗糙度對增強凝結(jié)換熱不起作用。螺旋槽管，管子內(nèi)外壁均有螺紋槽，既可強化冷凝換熱，又可強化冷卻側(cè)的單相對流換熱，與光管相比其凝結(jié)強度可提高 35~50%。 第一章 緒論 3 采用流體旋轉(zhuǎn)法 采用螺旋槽管等流體旋轉(zhuǎn)法可以強化凝結(jié)換熱。 值得注意的是，在強化凝結(jié)換熱之前，應(yīng)首先保證凝結(jié)過程的正常進(jìn)行。原有的換熱器廠家最近也研制出一種新型 Hybrid 換熱器，他克服了板式因密封問題而受到限制的弱點，很有發(fā)展前途。在即定的流體之間，在一定時間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為 目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞。流動阻力要小 。經(jīng)濟(jì)上要合理，設(shè)奮全壽命期的總投資要少（總投資包括設(shè)備及附屬裝置初投資費用和運行 維護(hù)管理費用） 。 未來，國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點：對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點；要求產(chǎn)品性價比提高；對產(chǎn)品的個性化、多樣 化的需求趨勢強烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)產(chǎn)品。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。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。 對國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占 64%。現(xiàn)就幾種新型換熱器的特點簡介如下： 一、氣動噴涂翅片管換熱器 俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動噴涂法，來提高翅片化表面的性能。為了評估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗研究。為了證實這一點，又對基部（管子）與表面（翅片） 的過渡區(qū)進(jìn)行了金相結(jié)構(gòu)分析?？梢灶A(yù)計，氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會得到廣泛應(yīng)用。返混也能使平均溫差失真和縮小。雖然引進(jìn)了密封燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來改進(jìn)換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計的主要缺點依然存在。 螺旋折流板的設(shè)計原理很簡單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)” 中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即與換熱器軸線保持一傾斜度。此種設(shè)計具有很大的靈活性，可針對不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋 折流板結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡單，但有許多激動人心的進(jìn)步，它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：改進(jìn)了傳熱，減少了結(jié)垢，真正的逆流，降低了成本，無振動，節(jié)省了空間，無折流元件。 該換熱器嚴(yán)格按照 ASME 標(biāo)準(zhǔn)制造。 四、非釬焊繞絲筋管螺旋管式換熱器 在管子上纏繞金屬絲作為筋條（翅片）的螺旋管式換熱器，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。采用此法能促進(jìn)得到釬焊時的連續(xù)特性（即將金屬絲可靠地固定在管子上，而管子的截面又不過分壓緊），故對于金屬絲僅用做隔斷時，可以認(rèn)為是較釬焊更受歡迎的方法。這樣 ，非釬焊時的有效傳熱面要比釬焊時大。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用 ，有時甚至是決定性的作用。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向研究發(fā)展。 總的來說 管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。管箱有橢圓封頭管 箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%～ 20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%～ 40%。 二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。 近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。世界各國十分重視傳熱強化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備來提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并取得了豐碩成果。 按作 用原理或傳熱方式分類 ： 按換熱設(shè)備熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形式。直接接觸式換熱器具有傳熱效率高、單位容積提供的傳熱面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等優(yōu)點，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場所。它是借助于由固體 (如固體調(diào)料或多孔性格子磚等 )構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜、單體體積傳熱面積大，故較適合用于氣 氣熱交換的場合。 ⑶ 間壁式換熱器 這種換熱器又稱表面式換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。 （ 2） 板面式換熱器 此類換熱器都是以板面作為傳熱面， 按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形式可分分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器。 第三章 換熱器的設(shè)計方案確定 13 第三章 換熱器設(shè)計方案確定 本次的設(shè)計 要求 設(shè)計一種換熱器，要求將 15t/h 的 T1煤油由 150℃冷卻到 50℃。由于該換熱器的管壁溫度和殼體溫度有較大溫差，大于 50℃，因此需要考慮熱補償，設(shè)煤油壓力 1MPa，冷卻水壓力也為 1MPa。 計算機輔助設(shè)計軟件： SW61998 、 AutoCAD2021 、 Solid works 、 ANSYS、 MS office等軟件。239。2 39。1 39。039。 按等邊三角形排列時，流體流動方向與三角形的一條邊 垂直，最內(nèi)側(cè)六邊形的邊長等于 S，通常在管板周邊與六邊形的邊之間的六個弓形部分內(nèi)部排列管子，但當(dāng)層數(shù) a6 時，則在這些弓形部分也應(yīng)排列管子，這時最外層管子的中心不應(yīng)超出最大六邊形的外接圓周。 一臺管子數(shù) 144?tn 。1 mdlnF t ?? ? 兩臺傳熱面積： 239。 3 52 mFF ??? 管束中心至最外層管中心距離： 管束外緣直徑 mD L ???? 殼體內(nèi)徑 （ 412） 且 mmb 83? ，故 （ 413） 按 GB1511999 規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)直徑 DN= 630? 16mm 的無縫鋼管作為殼體。 ?? ， P= 所以其壁厚可用以下公式計算： （ 447） 39。 殼體和固定管板的尺寸確定 前面已經(jīng)初步確定使用公稱直徑為 600mm的 630*8mm的標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管作為殼體。管板材料選用 A3鋼。 浮頭箱和浮頭的尺寸確定 外頭蓋公稱直徑： （ 450） mmDDh N 15044 ???? ?? ? mmcPPD N 72 39。 mmDDh 20844 12 ???? ?mmmmDD Nf 6 8 0800 ???mmDD ff 5 5 4)1350(201 ?????mmDr f 1 ???燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 殼體法蘭和支座的確定 壓力容器和管道法蘭聯(lián)接中，常用的密封面型式有以下三種。 （ 2）凹凸型密封面 它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側(cè)有擋臺，墊圈不會擠出來。密封面的凸面部分容易破壞，運輸與裝拆時都應(yīng)注意。這是因為基礎(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個支座，將會造成支座反力分布不均勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大，因此采用兩個支座。 表 42 鞍座尺寸 公稱直徑ＤＮ 允許載荷Ｑ（ＫＮ） 鞍座高度h 底板 腹板 筋板 墊板 螺栓間距l(xiāng)2 鞍座質(zhì)量（ kg） 增加１００ mm高度增加的質(zhì)量（ kg） l1 b1 1? 2? l3 b3 3? 弧長 b4 4? e 600 165 200 550 150 10 8 300 120 8 710 200 6 36 400 24 5 鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)該按照下列原則確定： （ 1） 當(dāng) LLmmL B )~(3000 ?? 時，取 ； （ 2） 當(dāng) LLmmL B )~(3000 ?? 時，取 ； （ 3） 盡量使 CL 和 39。 本章小結(jié) 經(jīng)過前面的傳熱計算、結(jié)構(gòu)計算、阻力計算和工程計算得出此次浮頭式（Ⅱ型）換熱器的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸，具體詳細(xì)的裝配尺寸和零件尺寸會在四張工程制圖里表現(xiàn)出來。1F 2m 管心距 32mm 結(jié)論 31 結(jié)論 通過六個月的辛苦努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于圓滿完成。養(yǎng)成了勤學(xué)好問的習(xí)慣，敢于面對困難，能夠獨立的查找和解決問題，也提高了自己的創(chuàng)新能力。在設(shè)計中，我經(jīng)常遇到一些問題難以解決，當(dāng)我?guī)е鴨栴}去請教時，他都不是直接給出答案，而是旁敲側(cè)擊的給我一些指引，讓 我充分發(fā)揮自己的思維，一步步地將問題慢慢的解決。在此我衷心的感謝指導(dǎo)老師于敏之教授，謝謝！在設(shè)計過程中還得到了其他老師及同學(xué)的大力幫助在此一并表示最衷心的感謝！ 附錄 1 35 附錄 1 開題報告 燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱： 鍋爐用水系統(tǒng)集成設(shè)計 學(xué)院（系 ）： 車輛與能源學(xué)院 年級專業(yè)： 08熱能與動力工程 2 班 學(xué)生姓名： 任曉 指導(dǎo)教師： 于敏之 完成日期： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 一、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 換熱器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門，尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代后，隨著石化行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，國外換熱器技術(shù)也有了顯著的進(jìn)步。首先它的軸向流動方式，減少了殼程流體的滯流、回流和死區(qū)，提高了佩克萊常數(shù) Pe 值，減少了壓降和污垢沉積；而且桿后的卡門渦街脫 落效應(yīng)在傳熱管子表面產(chǎn)生紊流，提高了殼側(cè)膜傳熱系數(shù)。螺旋折流板換熱器殼程中的介質(zhì)既不是橫向流，也不是縱向流，而是一種螺旋狀斜向流，該種流動方式能適用包括高粘原油、渣油在內(nèi)的所有介質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)顯著地提高了換熱效率，大幅度降低了壓力降，控制了振動造成的破壞，減少了污垢沉 積的可能性，為換熱器的大型化提供了廣闊的前景。目前，節(jié)能減排已成為我國“十二五”期間重要戰(zhàn)略的舉措，高效節(jié)能換熱器的研究也成為當(dāng)今地下?lián)Q熱領(lǐng)域研究的熱點。合理的殼程支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足以下幾個要求：對管束起到良好的支撐；有效的對殼程流體形成擾動以滿足換熱器的傳熱和流動阻力性能；因此此次的研究目的主要傾向于通過被動強化來提高管殼式換熱器的強化傳熱，當(dāng)然合理的支撐結(jié)構(gòu)是研究的重點，充分考慮流體在交換器中的對流情況來設(shè)計出高效率的熱交換器。 4. 根據(jù)以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的換熱器性能評價方法對所研究的換