【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質(zhì)所決定。產(chǎn)氣量大、蒸汽品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。 此種換熱器 與浮頭式、 U形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)圖 11 帶膨脹 節(jié)溫差補(bǔ)償型固定管板式換熱器 圖 13 U形管式換熱器 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 構(gòu)的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。 換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 列管式 換熱器是一個(gè)品種繁多的產(chǎn)品， 目前 我國(guó)在列管式換熱器的研究主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： (1)新的耐磨，耐腐蝕和高強(qiáng)度材料： 換熱器 的 操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來(lái)，我國(guó)在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對(duì)海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再?gòu)?qiáng)化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。 (2)高效節(jié)能的列管式換熱器：近年來(lái)，能源緊缺，材料費(fèi)用上漲，為此，對(duì)高效節(jié)能的列管式換熱器的研究成為換熱器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前 對(duì)高效列管式換熱器的研究主要集中在強(qiáng)化管程和殼程兩個(gè)方面，且以實(shí)驗(yàn)的研究方法為主。我國(guó)對(duì)列管式換熱器的研究多借鑒于國(guó)外的一些研究成果，還存在以下不足： (1)強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究有待深化； (2)流體誘導(dǎo)的振動(dòng)難以控制； (3)防垢和除垢有待更好的處理。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 對(duì)國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明， 列管 式換熱器占 64%。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。螺旋折流板換熱 器是最新發(fā)展起來(lái)的一種管殼式換熱器是由美國(guó) ABB 公司提出的。其基本原理為 :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定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個(gè)折流板與殼程流體的流動(dòng)方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運(yùn)動(dòng)能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。在氣水換熱的情況下傳遞相同熱量時(shí)該換熱器可減少 30%40%的傳熱面積節(jié)省材料20%30%。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn) 象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng) 。在相同流速時(shí)殼程流動(dòng)壓降小 。基本不存在震動(dòng)與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。對(duì)于低雷諾數(shù)下 (Re 1000)的傳熱螺旋折流板效果更為突出。 發(fā)展趨勢(shì) 換熱器經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，技術(shù)日臻成熟。目前出現(xiàn)的最新技術(shù)動(dòng)向有： (1)計(jì)算流體力學(xué)：計(jì)算流體力學(xué) (CFD)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)，建立流體的流動(dòng)和熱傳遞模型，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和仿真，從而對(duì)流體的流動(dòng)區(qū)域和熱傳遞的分布進(jìn)行更詳細(xì)的預(yù)測(cè)。換熱器的設(shè)計(jì)中有許多實(shí)驗(yàn)代價(jià)很高 ,而且很耗時(shí)間 ,有些甚至不可能實(shí)現(xiàn)，計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展方便了這些實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)。 (2)專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)在換熱器的設(shè)計(jì)和選型中應(yīng)用較快。將專家系統(tǒng)用于管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型 ,可以輔助設(shè)計(jì)者對(duì)流體流徑、殼體及浮頭類型、換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、折流板類型和換熱器整體布置等問(wèn)題進(jìn)行決策。目前，商品化的專家系統(tǒng)還很少 ,許多廠家開(kāi)發(fā)的專家系統(tǒng)僅在內(nèi)部使用。 (3)用于整體裝置設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) : 最近發(fā)展起來(lái)用于整體裝置設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) ,可以使這種繁重的任務(wù)變得簡(jiǎn)單起來(lái)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，不同類型的設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件可以有機(jī)地形成一個(gè)整體，設(shè)計(jì)者只需通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)向應(yīng)用軟件中輸入相 關(guān)參數(shù)，便可得到更多的關(guān)于設(shè)計(jì)任務(wù)的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)可以反饋到數(shù)據(jù)庫(kù)中。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一臺(tái)合適 的列管式換熱器，其中包括： 1)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告和外文期刊翻譯； 2)換熱器的工藝設(shè)計(jì)； 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 5 3)換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和強(qiáng)度校核 ； 4)通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算 盡可能 提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達(dá)到更高效，更節(jié)能的目的 ； 5)列管式換熱器總裝配圖和零件圖。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 換熱器的工藝 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) 表 21 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) 物 料 溫 度 C? 質(zhì)量流量kgh 操作壓力 MPa 比熱KJ kg C?? 密度3kgm 導(dǎo) 熱 系 數(shù)Wm C?? 粘度 310 Pa s??? 入口 出口 有機(jī)液 65 60 40000 水 25 設(shè)計(jì)方案 對(duì)于列管式換熱器，確定其設(shè)計(jì)方案應(yīng)從 七個(gè)方面著手： ； b.選擇流體流動(dòng)空間； ； 冷卻劑； ；； [1]。 (1)選定換熱器類型 兩流體溫度變化情況：熱流體（有機(jī)液）入口溫度為 65℃ ，出口溫度為 60℃ ；冷流體（冷卻水）入口溫度為 25℃ ，出口溫度為 ℃ 。 兩流體的定性溫度如下 : 有機(jī)液的定性溫度 65 60 62 .5 C2mT ?? ? ? 冷卻水的定性溫 度 25 C2mt ?? ? ? 兩流體的溫差 6 2 . 5 2 9 . 2 5 3 3 . 2 5 CmmTt? ? ? ? ? 固定管板式換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合，因此可以選擇固定管板式換熱器。 并且兩流體的溫差小于 50℃ ，可以不設(shè)置溫度補(bǔ)償。 (2)選定流體流動(dòng)空間 安排哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體走殼程，是選用列管式換熱器時(shí)需要確定的，以下各項(xiàng)需要在安排流動(dòng)空間時(shí)加以考慮： ，因?yàn)楣軆?nèi)清洗比較方便； 性的流體宜走管程，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕； ，以免殼體受壓，可節(jié)省課程金屬消耗； ，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸氣較清潔，它對(duì)清洗無(wú)要求； ，使泄漏機(jī)會(huì)較少； 宜走殼程，這便于外殼向周圍的散熱，增強(qiáng)冷卻效果； 。在低 Re 值下達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)； ，對(duì)于固定管板式換熱器，應(yīng)使對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，這樣可使管壁與殼體的溫度接近，減小熱應(yīng)力； 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 7 實(shí)際工作中，以上 各項(xiàng)往往難以兼顧，需要根據(jù)具體情況滿足最重要的幾個(gè)方面。 由于冷卻水易結(jié)垢，且冷卻水的操作壓力大于有機(jī)液的操作壓力，而且是有機(jī)液被冷卻，所以選擇冷卻水走管程，有機(jī)液走殼程。 估算換熱面積 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水用量 ????1mq 有機(jī)液的質(zhì)量流量 kgh ； ????1pC 有機(jī)液的比熱容 KJ kg C?? ； ????2mq 冷卻水的質(zhì)量 流量 kgh ； ????2pC 冷卻水的比熱容 KJ kg C?? ； ????Q 熱負(fù)荷 。 1 65CT?? 2 60 CT ?? 1 25Ct ?? 2 Ct ?? 熱負(fù)荷 : 31 1 1 2 4 0 0 0 0 3 . 5 3 4 1 0 ( 6 5 6 0 )( ) 1 9 6 3 3 3 . 3 3 W3600mpQ q C T T ? ? ? ?? ? ? ? (21) 忽略熱損失，則水的用量為 ： 2 32 2 1 1 9 6 3 3 3 . 3 3 1 9 8 9 3 . 0 4 8 k g h( ) 4 . 1 8 0 1 0 ( 3 3 . 5 2 5 )m p Qq C t t? ? ?? ? ? ? (22) 計(jì)算逆流平均溫度差 有機(jī)液溫度： 65 C? →60 C? 冷卻水溫度： C? ←25 C? 因此 1 6 0 2 5 3 5 Ct? ? ? ? ? 2 6 5 3 3 .5 3 1 .5 Ct? ? ? ? ? 逆流 溫差 121235 31 .5 33 .2 2 Cl n( ) l n( 35 31 .5 )m ttt tt? ? ? ??? ? ? ? ??? (23) 估算傳熱面積 （ 1）初選總傳熱系數(shù) K 查 參考文獻(xiàn) [1]，參照總傳熱系數(shù)的大致范圍，同時(shí)考慮到殼程冷卻水的壓力較高，故可選較大的傳熱系數(shù)，現(xiàn)假設(shè) 2560 W m CK ? ??。 （ 2）估算傳熱面積 m39。 56 0 33 .2 2mQA Kt? ? ? ??? (24) 考慮 15%的面積裕度， 21 .1 5 1 2 .1 3 6 8 mSA??? 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 選用 19mm 2mm? ? 的 較高級(jí)冷拔碳鋼管，管內(nèi)流速參照表 22 取 39。 siu ? 。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 表 22 換熱器常用的流速范圍 介質(zhì) 流程 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結(jié)垢液體 低黏度油 高黏度油 氣體 管程流速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 5~30 殼程流 速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 2~15 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)換熱管內(nèi)徑和流速確定單程換熱管數(shù) sn 1844 5 0 8 22 ???? ??? iis udVn根 (25) 按單管程計(jì)算所需換熱管的長(zhǎng)度 L 11 .3 m3. 14 3. 14 18 0. 01 9soSL nd? ? ??? (26) 由于按單管程設(shè)計(jì)，換 熱管過(guò)長(zhǎng)，根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，取換熱管長(zhǎng) 3ml? ,則該換熱器的管程數(shù)為 43 ??? lLN P 管程 (27) 換熱管的總根數(shù) 72418 ???TN 根 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 12 ??????? tT ttP (28) 606512 21 ??????? tt TTR (210) 根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]圖 F2 查得： 1?? 平均傳熱溫差 3 3 .2 2 Cmmtt? ?? ? ? ? ? 由于溫差校正系數(shù) 1 ??? ，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程較合適。 換熱管的排列和分程方法 采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。根據(jù)表 23，取管心距 25mmt? 表 23 常用換熱管的管心距 換熱管外徑 (mm) 19 25 32 38 換熱管中心距 (mm) 25 32 40 48 分程隔板處換熱管中心距 (mm) 38 44 52 60 同時(shí)根據(jù)上表，分程隔板兩側(cè)相鄰管排之間的管心距 38mmat ? 換熱管的排管原則 [3]： (1)換熱管的排列應(yīng)使整個(gè)管束完全對(duì)稱； (2)在符合 和 節(jié)規(guī)定的范圍內(nèi)，全部 布 滿換熱管； (3)拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。在靠近折流板缺邊位置處應(yīng)布置拉桿，其間距小于或等于 700mm。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 9 的 (～ ) 3 范圍內(nèi) ； 殼體內(nèi)徑 采用四管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)參考文獻(xiàn) [16]，管板利用率 ~?? ，取 ?? ，則殼體內(nèi)徑 1 . 0 5 1 . 0 5 2 5 7 2 0 . 7 2 6 6 . 2 2m mTD t N ?? ? ? ? ? (211) 圓整取 300mmD? 。 折流板 設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流速， 增加湍流程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程 流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)垢。在臥式換熱器中，折流板還起支承管束的作用 。 （ 1）切去的圓缺高度 常用 的折流板形式有弓形和圓盤(pán) 圓環(huán)形兩種。本冷卻器采用弓形折流板，根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 30%，則切去的圓缺高度為 ???h ,取 90mmh? 。 （ 2）折流板的板間距 最小板間距，取殼體內(nèi)徑的 1/5 或 50mm中的較大值。 最大板間距，應(yīng)保證換熱管的無(wú)支承長(zhǎng)度不 超過(guò)表 24 規(guī)定，用作折流時(shí)，其值尚應(yīng)不大于殼體內(nèi)徑。 表 24 換熱管最大無(wú)支承長(zhǎng)度 換 熱管外徑 (mm) 19 25 32 38 最大跨距 (mm) 1500 1900 2200 2500 取折流板間距 280mmB? ,則折流板數(shù) ????? BlN B (212) 取 9?BN 。 為了防止積液，應(yīng)在折流板上開(kāi)通液口，如圖 21 所示 ，折流板圓缺水平安裝。