【正文】 18 確定物性數(shù)據(jù) .........................................................................................................................18 計(jì)算總傳熱系數(shù) .....................................................................................................................18 計(jì)算傳熱面積 .........................................................................................................................23 工藝結(jié)構(gòu)和尺寸 .....................................................................................................................23 換熱器核算 ............................................................................................................................25 第 4 章 設(shè)計(jì)全部參數(shù) .........................................................................................................................30 設(shè)計(jì) 小 結(jié) .............................................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................................32 附表 ....................................................................................................................................................33 附錄 ....................................................................................................................................................34 6 前 言 熱交換器，簡稱換熱器，是在不同溫度的流體間，進(jìn)行傳遞熱能的裝置。這對(duì)提高能量的利用效率有著很大的促進(jìn)作用，對(duì)社會(huì)效益非常顯著，從另一方面大大緩解了能源的緊張狀況。 列管式換熱器的應(yīng)用已具有很悠久的歷史。 7 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （ 1） 處理能力 ?104t/a 煤油 （ 2） 設(shè)備形式 列管式換熱器 （ 3） 操作條件 ① 煤油：入口溫度 140℃，出口溫度 40℃。 （ 4） 建廠地址 天津地區(qū) 設(shè)計(jì)要求： 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。這類換熱器的介質(zhì)通常是一種是氣體，另一種為液體，主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系，通常歸口味塔式設(shè)備，電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。蓄熱器結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的利用或冷卻。從傳熱的基本特征分類，間壁式換熱器可分為管式和板式。為此在外殼上焊以膨脹節(jié)，但它僅能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力， 9 且在多程換熱器中，這種方法不能照顧到管子的相對(duì)移動(dòng)。此類換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，所以殼體與管束之間不會(huì)由于膨脹量的不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。 ? U 形管換熱器 見圖 13 為一 U形管換熱器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為每根管子都彎成 U形，兩端固定在同一塊管板上，封頭用隔板分成兩室，故相當(dāng)于雙管程。這就影響了它的使用場合，僅宜用于管殼壁溫相差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。 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。 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(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。 的比值，焊接時(shí)為 ，脹接時(shí)為～ 。在設(shè)計(jì)和制造換熱器時(shí)，正確選用材料很重要。 管板與管子的連接可脹接或焊接。 管板與殼體的連接有可拆連接和不可拆連接兩 種。 ?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。管箱具有一個(gè)可拆蓋板，因此在檢修或清洗管子時(shí)無須卸下管箱。管程多者可達(dá)到 16 程，常用的由 6程。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內(nèi)對(duì)各種元件的設(shè)置型式 亦不同，以此來滿足設(shè)計(jì)的要求。 介質(zhì)在殼程的流動(dòng)方式有多種形式，單殼程型式應(yīng)用最為普遍。 殼體內(nèi)徑 D取決于傳熱管數(shù) N、排列方式和管心距 t。 正三角形排列： = N ………………………………（ 12） 正方形排列： N? ………………………………（ 13） 多管程： D /tN ?? ……………………………………（ 14） 式中 N— 排列管子數(shù) ? — 管板利用率。 如圖 2所示。 14 ?其他主要附件 ①旁通擋板 如果 殼體和管束之間間隙過大，則流體不通過管束而通過這個(gè)間隙旁通，為了防止這種情形，往往采用旁通擋板。 ③拉桿和定距管 為了使折流板能牢靠地保持在一定位置上，通常采用拉桿和定距管。 ⑧ 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： 密度 ： ρ c＝ 825kg/m3 黏 度 ： μ c＝ ﹒ s 定壓比熱容 ： Cpc＝ (kg﹒℃ ） 熱導(dǎo) 系數(shù)： λ c＝ (m﹒℃ ) ⑤每年按 330 天計(jì)，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。因此，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以消除或減少熱應(yīng)力的影響。 ?流動(dòng)空間的選擇 在管殼式換熱器的計(jì)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。 ④ 應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 以上這些原則有些是相互矛盾的，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。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。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(gè)優(yōu)化問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。 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。 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。 ⑤初算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)。 ⑧初估傳熱面積。 ○11校核管內(nèi)流速，確定管程數(shù)。 ○15校核傳熱面積，應(yīng)有一定安全系數(shù)，否則需重新設(shè)計(jì)。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，天津處在我國北方，冬季較冷。 ② 在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對(duì)于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失。 ⑤ 對(duì)于有毒的介質(zhì)或氣相介質(zhì)，必使其不泄漏，應(yīng)特別注意其密封，密封不僅要可靠，而且還應(yīng)要求方便及簡單。 ( 2 )體積小的流體因?yàn)楣軆?nèi)空間的流動(dòng)截面往往比管外空間的截面小，流 21 體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做成多程流動(dòng)。 ( 5 )與外界溫 差大的流體因?yàn)榭梢詼p少熱量的逸散。 ( 4 )粘度大的流體管間的流動(dòng)截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)的 大。但在 U 形管、浮頭式換熱器中易清洗的都是管外空間。選用 Φ25，管內(nèi)流速取 ui＝ 。 Ctttttm ??????????????? 3 冷卻水用量 )/(134804)3040( 5500000 hkgtc Qw cpc C ?????? 4 總傳熱系數(shù) K 管程傳熱系數(shù) 94500 072 ????? i iiiud ? ? )/()()()()(263CmWcudd iipiiiiiiii??????????????? 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) c? =500 W/(㎡ ℃ /W 管壁的導(dǎo)熱系數(shù) λ＝ 45W/m smui /? 。? 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。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)冷水流速 u=，則接管內(nèi)徑為 )( ) 0/(134 80 44 md ?? ??? 取管徑 為 300 ㎜。239。2 PaP ???????? 總阻力 PaPaPPP C 539。復(fù)驗(yàn) ，mmmmn %67%6 ?????? 故最后取mmC ? ，該殼程可用 7mm的 16MnR 的鋼板制作。 825 流速 ,m/s 傳熱量， kW 總傳熱系數(shù) ,W/m178。本次設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算過程的制法。 F ─── 摩擦系數(shù) 。 L ─── 管長 ,m。 NB ─── 折流板數(shù) 。 R ─── 半徑 ,m。 T ─── 冷流體溫度 oC。 希臘字母 α ─── 對(duì)流傳熱系數(shù) ,W/()。 ? ─── 教