【文章內(nèi)容簡介】 程流體在弓形區(qū)域內(nèi)短路而給傳熱帶來不利影響。 管板上換熱管中心距的選擇既要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，傳熱效果，又要考慮管板的強度和清洗管子外表面所需的空間。除此之外，還要考慮管子在管板上的固定方法。若間距太小，當(dāng)采用焊接連接時，相鄰兩根管的焊縫太近，焊縫質(zhì)量受熱影響不易得到保證；若采用脹接，擠壓力可能造成管板發(fā)生過大的變形，失去管子和管板間的結(jié)合力。一般采用的換熱管的中心距不小于管子外徑的 1. 25 倍。 當(dāng)換熱器多需的換熱 面積較大，而管子又不能做的太長時，就得增大殼體直徑，以排列較多的管子。此時為了提高管程流速，增加傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管束。 為了把換熱器做成多管程，可在一端或兩端的管箱中分別安置一定數(shù)量的隔板。 浮頭式換熱器的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： (1)管束可以抽出，以方便清洗管、殼程； (2)介質(zhì)間溫差不受隈制； (3)可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于 450度，壓力小于等于 兆帕； (4)可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合； (5)可用于管程易腐蝕場合。 缺點： (1)小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏； (2)金屬材料耗量大，成本高 20%。 (3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 綜合上述情況，本次設(shè)計采用浮頭式換熱器。 流動空間的選擇 在管殼式換熱器的計算中，首先需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。 (1)應(yīng)盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個，使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近。 (2)在運行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失。 (3)管 、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。 (4)應(yīng)減小管子的殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。從這個角度來說，順流式就優(yōu)于逆流式，因為順流式進出口端的溫度比較平均，不像逆流式那樣，熱、冷流體的高溫部分均集中于一端，低溫部分集中于另一端，易于因兩端脹縮不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。 (5)對于有毒的介質(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。 (6)應(yīng)盡量避免采用貴金屬，以降低成本。 以上這些原則有些事相互矛盾的，所以在具體設(shè)計時應(yīng) 綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。 宜于通入管內(nèi)空間的流體 1)不清潔的流體 因為在管內(nèi)空間得到較高的流速并不困難，而流速高，懸浮物不易沉積，且管內(nèi)空間也便于清洗。 2)體積小的流體 因為管內(nèi)空間的流動截面往往比管外空間的截面小，流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做成多程流動。 3)有壓力的流體 因為管子承壓能力強，而且還簡化了殼體密封的要求。 4)腐蝕性強的流體 因為只有管子及官箱才需用耐腐蝕材料，而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所以造價可以降低。此外，在管內(nèi)空間裝設(shè)保護用的襯里或覆蓋層也比較方便，并容易檢查。 5)與外界溫差大的流體 因為可以減少熱量的逸散。 宜用于通入管間空間的流體 1)當(dāng)兩流體溫度相差較大時， a值大的流體走管間 這樣可以減少管壁與殼壁間的溫度差，因而也減小了管束與殼體間的相對伸長，故溫差應(yīng)力可以降低。 2)若兩流體給熱性能相差較大時， a值小的流體走管間 此時可以用翅片管來平衡傳熱 面兩側(cè)的給熱條件，使之相互接近。 3)飽和蒸汽 對流速和清理無甚要求，并易于排除冷凝液。 4)粘度大的流體 管間的流動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。 5)泄漏后危險性大的流體 可以減少泄漏機會，以保安全。 此外，易析出結(jié)晶、沉渣、淤泥以及其他沉淀物的流體，最好通入比較更容易進行機械清洗的空間。在管殼式換熱器中，一般易清洗的是管內(nèi)空間。但在 U形管、浮頭式換熱器中易清洗的都是管外空間。 所以，此次方案設(shè)計循環(huán)水走管程 ，苯走殼程。 流速的確定 當(dāng)流體不發(fā)生相變時，介質(zhì)的流速高，換熱強度大，從而可使換熱面積減少、結(jié)構(gòu)緊湊、成本降低，一般也可抑止污垢的產(chǎn)生。但流速大也會帶來一些不利的影響，諸如壓降△ P 增加，泵功率增大，且加劇了對傳熱面的沖刷。 加熱劑、冷卻劑的選擇 用換熱器解決物料的加熱冷卻時，還要考感加熱劑（熱源）和冷卻劑（冷源）的選用問題。 可以用作加熱劑和冷卻劑的物料有很多，列管式換熱器常用的加熱劑有飽和水蒸氣、煙道氣和熱水等，常用的冷卻劑有水、空氣和氨等。在選擇加熱劑和冷卻劑的時候主要考慮來源方便，有足夠溫差，價格低廉，使用安全等因素。 常用的加熱劑 (1)飽和水蒸氣 飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最為廣泛的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時傳熱膜系數(shù)很高，可以改變蒸氣壓強以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)加熱溫度，而且常用低廉的蒸汽機及渦輪機排放廢氣。但飽和水蒸氣溫度超過 1800c，必須用很高壓強，但溫度升高不大，而且設(shè)備強度也相應(yīng)增高，一般只用于加熱溫度在 1800c 以下的情況。 (2)煙道氣 燃料燃燒所得到的煙道氣具有很高溫度，可達(dá) 700 一 10000c，適用于需要達(dá)到高溫度加熱。用煙道氣加熱的缺點是比熱容低，控制困難及傳熱膜系數(shù)低。 除了以上兩種常用的加熱劑外，還可以結(jié)合工廠的具體情況，采用熱空氣等氣體作為加熱劑，或用熱水作為加熱劑。 常用的冷卻劑 水和空氣是最常用的冷卻劑，它們可以直接取自大自然，不必特別加工。與空氣相比較，誰的比熱容高， 傳熱膜系數(shù)也很高，但空氣的獲取和使用比水方便，應(yīng)因地制宜加以選用。水和空氣作為冷卻劑受到當(dāng)?shù)貧鉁氐南拗疲话憷鋮s溫度為 10 一 250c，如果要冷卻到較低的溫度，則需應(yīng)用低溫冷卻劑，常用的低溫冷卻劑有冷凍鹽水（ Na Cl及其溶液）。 此次設(shè)計需使用冷卻劑，用循環(huán)水作為冷卻劑。 流體出口溫度的確定 工藝流體的進出口溫度是由工藝條件決定，加熱劑或冷卻劑的進口溫度也是確定的，但其出口的溫度是由設(shè)計者選定的。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優(yōu)化問題。 此次設(shè)計中，流體進出口的溫度已給出。 材質(zhì)的選擇 在迸行換熱器設(shè)計時，換熱器各種零件、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)到的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復(fù)雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密 切關(guān)系。 一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。 碳鋼 價格低，強度較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用時合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為 10號和 20號碳鋼。 不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以 1Cr18Ni9 為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的 188 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。 本次設(shè)計采用碳鋼材料的換熱器即可。 第 3 章?lián)Q熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 換熱器的工藝尺寸確定后，若能選用熱交換器標(biāo)準(zhǔn)系列，則結(jié)構(gòu)尺寸隨之而定，否則還需進行部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算包括，管子在管板上的固定，是否需要溫差補償及補償裝置的設(shè)計，管板的強度，管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)，折流板與隔板的固定，端蓋與法蘭的設(shè)計，各部件的公差及技術(shù)條件等。 管束及殼程分程 管束分程 為了解決管束增加引起管內(nèi)流速及傳熱系數(shù)的降低，可將管束分程。在換熱器的一端或兩端的管箱中安置一定數(shù)量的隔板，一般每程中管數(shù)大致相等。主義溫差較大的流體應(yīng)避免緊鄰以免引起較大 的溫差應(yīng)力。 從制造、安裝、操作的角度考慮，偶數(shù)管程有較多的方便之處，因此用的最多。但程數(shù)不宜太多，否則隔板本身占去相當(dāng)大的布管面積，且在殼程中形成旁路，影響傳熱。 殼程分程 E 型為最為普通，為單殼程。 F 型與 G 型均為雙程，它們的不同之處在于殼側(cè)流體進出口位置不同。 G 型殼體又稱分流殼體，當(dāng)用作水平的惹熱虹吸式再沸器時，殼程中的縱向隔板起著防止輕組分的閃蒸與螬強混合的作用。 H 型與 G型相似，只是進出口接管與縱向隔板均多一倍，故稱之為雙分流殼體。 G型與 H 型均可用于以壓力降作為控制因 素的換熱器中?？紤]到制造上的困難，一般的換熱器殼程數(shù)很少超過 2。 管程結(jié)構(gòu) 介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分成為管程。 換熱管布置和排列間距 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列。 管子的排列應(yīng)在整個換熱器截面上均勻而緊湊地分布，還要考慮流體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造等方面的問題。管子在管板上排列的方法，用的較多的是等邊三角形（或稱正六角形）和正方形排列法。 當(dāng)殼程流體是不污性質(zhì)介質(zhì)時，采用等邊三角形排列法。等邊三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊，在一定管板面積上可以配置較多的管數(shù)，且由于管子間的距離都相等，在管板加工時便于畫