【正文】 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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中 我的 于老師給了我很大的幫助和支持。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。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。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。 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 。 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。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。每次遇到做得不好的地方，老師都給我耐心的講解和分析。雖然做的過(guò)程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。CL 相近，如圖 49所示。 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。 （ 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）。 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(jiàn)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。39。39。 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。239。111 ??? ?skgM / ?39lnm inm a xm inm a x,1 ??? ?????tt ttt cm1039。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）。 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。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(kāi)，互不接觸，熱量由熱流體通過(guò)間壁傳遞給冷流體的換熱器。在換熱器內(nèi)首先由熱流體通過(guò)，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由冷流體通過(guò)，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。 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(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器。能源緊缺已成為世界性重大問(wèn)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 。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。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。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。 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。該換熱器推薦用于氦技術(shù)和冷卻工藝。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。 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。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會(huì)降低凈傳熱。 對(duì)過(guò)渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個(gè)長(zhǎng)度上無(wú)不嚴(yán)密性的微裂紋。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。 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。 國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)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。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 。 近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化換熱元件的開(kāi)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。換熱效率同比提升 30%，但此 時(shí)流動(dòng)阻力也會(huì)增加。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。其主要方法歸結(jié)為下 述兩個(gè)原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。這部分是對(duì)管板、接管、法蘭等具體零件的設(shè)計(jì)和選用。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。 。 首先是根據(jù)給定的工藝參數(shù)進(jìn)行前期的工藝計(jì)算，這部分的主要目的是確定浮頭式換熱器的具體型號(hào)，以及一些對(duì)接下來(lái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有影響的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。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(jì)要求的前提下盡量降低成本。為了節(jié)能將耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，要求開(kāi)發(fā)適用于不同工業(yè)過(guò)程要求的高效換熱設(shè)備。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(jī)液體能潤(rùn)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(rùn)濕壁面，從而形成珠狀凝結(jié)。螺旋槽管，管子內(nèi)外壁均有螺紋槽，既可強(qiáng)化冷凝換熱，又可強(qiáng)化冷卻側(cè)的單相對(duì)流換熱，與光管相比其凝結(jié)強(qiáng)度可提高 35~50%。 值得注意的是，在強(qiáng)化凝結(jié)換熱之前，應(yīng)首先保證凝結(jié)過(guò)程的正常進(jìn)行。在即定的流體之間，在一定時(shí)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。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(fèi)用和運(yùn)行 維護(hù)管理費(fèi)用） 。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。 對(duì)國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明，管殼式換熱器占 64%。為了評(píng)估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。可以預(yù)計(jì)，氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。雖然引進(jìn)了密封燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來(lái)改進(jìn)換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)依然存在。此種設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，可針對(duì)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)。 該換熱器嚴(yán)格按照 ASME 標(biāo)準(zhǔn)制造。采用此法能促進(jìn)得到釬焊時(shí)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(guò)分壓緊），故對(duì)于金屬絲僅用做隔斷時(shí)，可以認(rèn)為是較釬焊更受歡迎的方法。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用 ，有時(shí)甚至是決定性的作用。 總的來(lái)說(shuō) 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。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會(huì)因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。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%。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。世界各國(guó)十分重視傳熱強(qiáng)化和熱能回收利用的研究和開(kāi)發(fā)工作，開(kāi)發(fā)適用于不同工業(yè)過(guò)程要求的高效能換熱設(shè)備來(lái)提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并取得了豐碩成果。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(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)所。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)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(chǎng)合。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。 第三章 換熱器的設(shè)計(jì)方案確定 13 第三章 換熱器設(shè)計(jì)方案確定 本次的設(shè)計(jì) 要求 設(shè)計(jì)一種換熱器，要求將 15t/h 的 T1煤油由 150℃冷卻到 50℃。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件： SW61998 、 AutoCAD2021 、 Solid works 、 ANSYS、 MS office等軟件。2 39。039。 一臺(tái)管子數(shù) 144?tn 。 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(wú)縫鋼管作為殼體。 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(wú)縫鋼管作為殼體。 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。 （ 2）凹凸型密封面 它是由一個(gè)凸面和一個(gè)凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時(shí)，由于凹面的外側(cè)有擋臺(tái)，墊圈不會(huì)擠出來(lái)。這是因?yàn)榛A(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個(gè)支座，將會(huì)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(gè)支座。 本章小結(jié) 經(jīng)過(guò)前面的傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、阻力計(jì)算和工程計(jì)算得出此次浮頭式（Ⅱ型）換熱器的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸，具體詳細(xì)的裝配尺寸和零件尺寸會(huì)在四張工程制圖里表現(xiàn)出來(lái)。養(yǎng)成了勤學(xué)好問(wèn)的習(xí)慣，敢于面對(duì)困難，能夠獨(dú)立的查找和解決問(wèn)題，也提高了自己的創(chuàng)新能力。在此我衷心的感謝指導(dǎo)老師于敏之教授，謝謝！在設(shè)計(jì)過(guò)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(kāi)題報(bào)告 燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱： 鍋爐用水系統(tǒng)集成設(shè)計(jì) 學(xué)院（系 ）： 車輛與能源學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 08熱能與動(dòng)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(jì)（論文） 36 一、 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)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(gè)工業(yè)部門，尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。首先它的軸向流動(dòng)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)。目前，節(jié)能減排已成為我國(guó)“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(diǎn)。 4. 根據(jù)以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的換熱器性能評(píng)價(jià)方法對(duì)所研究的換