【正文】 .....................................9 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展 ............................................................................9 換熱器的分類及特點 ..........................................................................10 第三章 換熱器設(shè)計方案確定 ...........................................................................13 本次的設(shè)計要求 ..................................................................................13 確定設(shè)計方案 ......................................................................................13 完成設(shè)計所具備的工作條件及解決辦法 ..........................................13 本章小結(jié) ..............................................................................................14 第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定 ...................................................15 原始數(shù)據(jù) ..............................................................................................15 流體的物性參數(shù) ..................................................................................15 傳熱量及平均溫差 ..............................................................................15 估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu) ..............................................................16 管程計算 ..............................................................................................19 殼程結(jié)構(gòu)及殼程計算 ..........................................................................19 需用傳熱面積 ......................................................................................22 阻力計算 ..............................................................................................23 封頭、殼體和固定管板的尺寸確定 ..................................................23 浮頭箱和浮頭的尺寸確定 ................................................................24 殼體法蘭和支座的確定 ....................................................................26 本章小結(jié) ............................................................................................30 結(jié)論 .....................................................................................................................31 參考文獻 .............................................................................................................32 致謝 .....................................................................................................................34 附錄 1 開題報告 ................................................................................................35 Ⅲ 附錄 2 文獻綜述 ............................................................................................... 40 附錄 3 譯文 ....................................................................................................... 44 附錄 4 譯文原文 ............................................................................................... 52 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題背景 （ 1）我國換熱器發(fā)展前景 換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式（混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器）、蓄熱式（蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進行熱量交換的換熱器）和間壁式（隨間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換 熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣）三類。所以這些年來，換熱器的開發(fā)和研究成了人們關(guān)注的課題。用電鍍法在表面涂一層貴金屬，如金、鉑、鈀等效果很好，缺點是價格昂貴。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)有時甚至可提高 2倍。例如，排除不凝氣體的影響，順利地排除冷凝液等。換熱器的作用不同，其設(shè)計、選型、運行工況也各不相同。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（論文） 4 于同時滿定，因此應(yīng)視具體情況，在換熱器的選型和設(shè)計中有所側(cè)重，滿足工程對換熱器的主要要求。 30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。雖然各種板式換第一章 緒論 5 熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。試驗是采用在翅片表面噴涂 ac－鋁，并添加了 24a 白色電爐氧化鋁。 二、螺旋折流板換熱器 在管殼式換熱器中，殼程通常是一個薄弱環(huán)節(jié)。 為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。 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。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。但若利用金屬絲作為筋條（翅片）以增加換熱面積時，只有當(dāng)非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時，才應(yīng)更偏重于此方法。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達 96% 。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于方便拆卸，清洗方便，對于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。 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)濟效益。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。到目前為止，已研究和開發(fā)出多種新的強化傳熱技術(shù)和高效傳熱元件。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。 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。本次設(shè)計需要進行： 總體參數(shù)設(shè)計計算 傳熱學(xué)計算 結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計 換熱器的工程圖設(shè)計：總裝配圖一張；零件圖 3張 確定設(shè)計方案 冷卻劑的選用 因為水是最容易獲得，并且廉價，所以本次設(shè)計中選用的冷卻劑為水。 工具書： 化工英漢詞典、化工設(shè)計手冊 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)計為浮頭式換熱器（Ⅱ型），循環(huán)冷卻水 走管程，煤油走殼程。39。 mtk QFm ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(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。 估計殼體直徑在 400~700mm 之間，所以由《熱交換器原理與設(shè)計》的表 可知一臺拉桿數(shù)為 4。 長徑比： ??SDl 合理 32bDD LS ??mD S ????第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定 19 管程計算 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。 殼體厚度： （ 449） ? 8mm，所以初步確定的殼體可以使用。 ???? ???mmmmDD N 7 0 01 0 01 ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(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，鉤圈法蘭和浮動管板，由于浮動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。 （ 3）榫槽型密封面 密封面是由一個榫和一個槽所組成，在墊圈放在槽內(nèi)。 采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為 長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個螺母鎖緊。換熱器的主要數(shù)據(jù)如表 43所示。將理論知識和生產(chǎn)實際相結(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)計過程中仍然存在不足之處，有的問題還需要進一步展開研究。以煉油廠為例，換熱器占設(shè)備總金屬消耗量的 20%左右。折流桿的夾持作用又抑制了破壞性振動，使換熱器大型化成為可能。 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，強化傳熱則是改善其傳熱性能的重要手段。 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價方法對所研究的換熱器進行性能評價和比較。 由于制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的不斷進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 費用的不斷增長極大地推動了對高效節(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。于是美國人首先發(fā)明了折流桿列管式換熱器。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 。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：通過在設(shè)計 中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進一步扎實了所學(xué)的理論知識，對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識進行了一次綜合應(yīng)用和系統(tǒng)復(fù)習(xí)；思維方式和設(shè)計思想更加全面化和系統(tǒng)化。 ?? 。 圖 43 殼體與封頭連接法蘭（兩個） 第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定 27 圖 44 殼體與浮頭箱連接法蘭（殼體側(cè)） 圖 45 殼體與浮頭箱連接法蘭（浮頭箱側(cè)） 圖 46 殼程接管法蘭 圖 47 管程接管法蘭 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 表 41 管口表 臥式設(shè)備一般采用兩個鞍座。但螺栓上緊后，墊圈材料容易往兩側(cè)伸展，不易壓緊，用于所需壓緊力不高且