【正文】 （ 427） 旁流通道數(shù) 1?EN 旁路擋板數(shù)選 3對 錯流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)： （ 428） 一塊折流板上管子和管孔間泄露面積： （ 429） 折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄露面積： （ 430） 殼程雷諾數(shù)： （ 431） 理想管束傳熱因子由《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》中圖 得： ?Hj 折流板缺口校正因子由《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》中圖 得： ?Cj 折流板泄露校正因子 1j ： ?? sphN cw ??????? ??? csEELbp AllNDDNF? ? ? ? 200 mnFdddA tcHtb ???? ?? ? 200 251 rc c os2 mDN hDDNDNA bsb ??????? ?????? ???? ?22121 011 ?? ce AdMR ?燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 （ 432） （ 433） 查圖 得： ?j 旁通校正因子： （ 434） 及 ?bpF 查《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》圖 得： ?bj 殼程傳熱因子： （ 435） 殼程質(zhì)量流速： （ 436） 殼側(cè)壁面溫度wt 假定為 40℃ 壁溫下煤油粘度經(jīng)查物性表得： )/(101 0 8 0 61 smkgw ??? ?? 殼側(cè)換熱系數(shù)： （ 437） 需用傳熱面積 水垢熱阻： )/(0 0 0 3 22, Wmrs ℃?? 煤油污垢熱阻： )/(0 0 0 1 21, Wmrs ℃?? 傳熱系數(shù)： （ 438） 傳熱面積： （ 440） ??c tbsb A AA?? tbsb sbAA A ??cssNN0 1 6 ?? bcH jjjjjsmkgAMG ss ??? 21 /56350)/( ??? ? wrps PCGj ??)/(28911 210202,1,1℃???????? ??????? ? mWddddrrKiiss mtKQFm ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的確定 23 傳熱面積之比： （ 441） 檢查殼側(cè)壁溫： （ 442） 阻力計(jì)算 管內(nèi)摩擦系數(shù) if 查《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》圖 得： 管側(cè)壁溫 2wt 假定為 40℃ 壁溫下水的粘度： )/( 5 3 62 smkgw ??? ?? 兩臺換熱器沿程阻力： （ 443） 兩臺換熱器回彎阻力： （ 444） 進(jìn)口連接管阻力： （ 445） 兩臺管程阻力： （ 446） 煤油穿過《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》中表 的規(guī)定，所以此設(shè)計(jì)方案可行。 圖 42 浮頭結(jié)構(gòu) 浮動管板外直徑： mmD 6000 ? 浮動管板厚： mmb 50? 浮頭法蘭外徑： （ 452） 浮頭法蘭內(nèi)直徑： （ 453） 蝶形蓋內(nèi)半徑： （ 454） 厚度取 15mm 鉤圈的型式查 GB151 可知選為 B型鉤圈，具體尺寸按規(guī)定來取 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。具體如下： (1) 管子的脹接沒有進(jìn)行分析計(jì)算； (2)由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側(cè)流的問題，此問題尚未進(jìn)行 分析； (3)通常在進(jìn)液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計(jì)。但是折流桿傳熱器不是萬能的，它有著自己的局限性，特別在低 Re 數(shù)、高粘度介質(zhì)中很難形成有效卡門渦街，達(dá)不到高傳熱效率的要求。 2. 對同樣結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以便與所研究的換熱器進(jìn)行性能比較。但是從間壁傳熱原理上講，控制一臺換熱器傳熱效率的是傳熱能力相對較差一側(cè)的傳熱能力，而這一側(cè)往往是殼程。作為大學(xué)四年的最后一道大作業(yè) —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。 根據(jù)前面算出的此次設(shè)計(jì)的換熱器殼體、封頭的公稱直徑為 600mm，浮頭箱的公稱直徑為 700mm，管程接管為 80mm，殼程接管為 128mm，為了便于工人們的生產(chǎn)、節(jié)省成本，故在法蘭選擇的方面上也選擇 JB/T47032021標(biāo)準(zhǔn)對焊法蘭，如圖 43~47所示，管口的 具體尺寸如表 41所示。 由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子 的連接采用脹接。139。39。 完成設(shè)計(jì)所具備的工作條件及解決辦法 為完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)，將運(yùn)用在校學(xué)習(xí)的工程制圖，力學(xué)，材料學(xué)，過程裝備設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識，結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)習(xí)的換熱器及零部件的 加工制造和裝配知識，以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計(jì)知識，通燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 過對各種技術(shù)資料的收集調(diào)研，分析計(jì)算，設(shè)計(jì)繪圖的實(shí)踐，學(xué)習(xí)掌握由原理方案的設(shè)想，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方法。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣。如冷卻塔、冷卻冷凝器等。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。管殼式換熱器主要有固定管板式， U型管式和浮頭式換熱器。 研究的目的和意義 換熱器是國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備 ，隨著現(xiàn)代新工藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重 ，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高 40%，而壓力降幾乎相等。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代（如緊湊型板式換熱器）。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷（金屬陶瓷混合物），從而得到各種不同性能的表面。同時(shí)，行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。故我們在選擇換熱設(shè)備時(shí)一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。 采用擴(kuò)展表面 在管外膜狀凝結(jié)中常常采用低肋管，低肋管不但增加換熱面積，而且由于冷凝流體的表面張力，肋片上形成的液膜較薄，因此其凝結(jié)換熱系數(shù)可比光管高 75%~100%。完善的換熱器在設(shè)計(jì) 或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求： 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； 結(jié)構(gòu)安全可靠； 便于制造、安裝、操作和維修； 經(jīng)濟(jì)上合理。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多，管殼式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。 本次我的設(shè)計(jì)題目是減二中 /原油冷卻器，換熱器形式選用管殼式換熱器中的浮頭式。 70 年代的世界能源危機(jī)，有力促進(jìn)了換熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。 應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。 （ 2）國外換熱器發(fā)展前景 在國外二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。 通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。 對普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。組裝換熱器時(shí)也可采用螺旋扁管與 光管混合方式。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。 針對固定管板式與 U 型管式的缺陷，浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。為增加兩流體的接觸面積，以達(dá)到充分換熱，在設(shè)備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結(jié)構(gòu)。 ⑷ 中間 載熱體式換熱器 這類換熱器是把兩個間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來的換熱器。熟練掌握各方面的知識。2 ???? tt ttP)11(2)11(2ln11ln11222??????????????RRPRRPPRPRR?239。39。換熱管在管板內(nèi)的脹接長度 L=38mm。 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(jì)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(jì)（論文） 28 表 41 管口表 臥式設(shè)備一般采用兩個鞍座。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：通過在設(shè)計(jì) 中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進(jìn)一步扎實(shí)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(jìn)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(jì)思想更加全面化和系統(tǒng)化。于是美國人首先發(fā)明了折流桿列管式換熱器。 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(jià)方法對所研究的換熱器進(jìn)行性能評價(jià)和比較。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。將理論知識和生產(chǎn)實(shí)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(jì)過程中仍然存在不足之處，有的問題還需要進(jìn)一步展開研究。 采用雙支座時(shí)，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。 ???? ???mmmmDD N 7 0 01 0 01 ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)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。 長徑比： ??SDl 合理 32bDD LS ??mD S ????第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的確定 19 管程計(jì)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(jì)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。 mtk QFm ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)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。 工具書： 化工英漢詞典、化工設(shè)計(jì)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(jì)為浮頭式換熱器（Ⅱ型），循環(huán)冷卻水 走管程，煤油走殼程。 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。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。在此期間，為了解決強(qiáng)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。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá) 96% 。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。 為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。試驗(yàn)是采用在翅片表面噴涂 ac－鋁，并添加了 24a 白色電爐氧化鋁。 30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。換熱器的作用不同，其設(shè)計(jì)、選型、運(yùn)行工況也各不相同。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(shí)甚至可提高 2倍。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。工藝計(jì)算的大體內(nèi)容為傳熱面積計(jì)算、初步選型、傳熱系數(shù)校核、有效平均溫度差、校核傳熱面積、流體助力計(jì)算、壁溫計(jì)算。 （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(jì)》（第二版），史美中 王中錚，東南大學(xué)出版社； 《換熱器設(shè)計(jì)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(jì)手冊》，楊崇麟，機(jī)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(bào)告 完成初步方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行裝置技術(shù)參數(shù)計(jì)算 技術(shù)設(shè)計(jì)及 相關(guān)計(jì)算 繪制技術(shù)工程圖 零部件圖 技術(shù)設(shè)計(jì)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。 在我國隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，各