殼管式換熱器的設(shè)計(jì)--煤油冷卻器的設(shè)計(jì)-好-資料下載頁(yè)
2024-11-29 11:00本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】殼管式換熱器的設(shè)計(jì)--煤油冷卻器的設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)。熱器的選擇與核算。流動(dòng)空間的選擇及流速確定。§四機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-9-. 溫差校正及殼程數(shù)。及換熱管選型匯總。導(dǎo)流筒的選擇鞍式支座的示意圖BI型。換熱器管束振動(dòng)機(jī)理。§七設(shè)計(jì)結(jié)果表匯-28-. §一化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。5³25的碳鋼管管內(nèi)流速取ui05ms. 定性溫度對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度。殼程流體煤油的定性溫度為T(mén)90℃。在定性溫度下分別查取管程和殼程流體冷卻水和煤油的物性參數(shù)見(jiàn)下表。密度㎏m3比熱容kJkg℃粘度Pas導(dǎo)熱系數(shù)Wm℃煤油。已知要求處理能力為15萬(wàn)噸煤油每年每年按330天計(jì)每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。由以上的計(jì)算結(jié)果以及題目已知代入下面的式子有。由以上的計(jì)算結(jié)果以及已知條件很容易算得。經(jīng)驗(yàn)值可供設(shè)計(jì)時(shí)參考選擇時(shí)除要考慮流體的物性和操作條件外還應(yīng)考慮換熱。于是校正后的平均傳熱溫差是32℃殼程數(shù)為單程管程數(shù)為2. 殼徑的計(jì)算值應(yīng)圓整到最接近部頒標(biāo)準(zhǔn)尺寸見(jiàn)表45
【正文】 29179。35 179。 1380Pa 對(duì)于液體 115 于是我們有 115179。1179。13806536 2317Pa 100kpa 經(jīng)過(guò)以上的核算我們發(fā)現(xiàn)管程壓力降和殼程壓力降都符合要求 167。六管束振動(dòng)的計(jì)算 61 換熱器的振動(dòng)只有當(dāng)流體誘發(fā)振動(dòng)的頻率與傳熱元件的固有頻率一致或相當(dāng)接近時(shí)傳熱元件的振幅激增才導(dǎo)致破壞通常傳熱管是換熱器中撓性最大的部件對(duì)振動(dòng)也最敏感大多數(shù)振動(dòng)破壞都是換熱器管束的機(jī)械損壞 1 撞擊破壞 當(dāng)管子振動(dòng)的振幅大到足以使相鄰管子互相撞擊或邊 緣管不斷擊打殼體在管子的撞擊部位將產(chǎn)生特有的菱形磨損形式管壁不斷減薄而至最后開(kāi)裂 12 擋板損傷 為了便于安裝一般擋板開(kāi)孔較管子直徑略大當(dāng)擋板較薄時(shí)管子振動(dòng)會(huì)在管壁與擋板孔邊緣之間產(chǎn)生較高的接觸力對(duì)管子有一種鋸割作用短時(shí)間內(nèi)即可將管子切開(kāi)發(fā)生局部失效 13 接頭泄漏管子與管板的連接處是換熱器中十分重要的結(jié)構(gòu)然而在工程實(shí)際中由于管子振動(dòng)使管子與管板連接處受力較大從而導(dǎo)致脹接或焊接點(diǎn)的損壞造成泄漏 14 應(yīng)力疲勞 管子振動(dòng)的振幅較大時(shí)管子反復(fù)彎折的扭彎應(yīng)力較高長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)振動(dòng)會(huì)使管子斷裂這種損傷還會(huì)由于腐蝕作用而加 速冶金失效 振動(dòng)使換熱管產(chǎn)生交變應(yīng)力導(dǎo)致管子表層的氧化層脫落管子表面留下坑點(diǎn)在坑點(diǎn)處引起應(yīng)力集中導(dǎo)致管子失效縮短了管子壽命材料缺陷擴(kuò)展 振動(dòng)所引起的應(yīng)力脈動(dòng)會(huì)使管材中的微觀缺陷擴(kuò)展以致產(chǎn)生大裂紋最終使管子受到破壞 62 流體誘發(fā)換熱器管束振動(dòng)機(jī)理管殼式換熱器管束振動(dòng)主要是由殼程流體流動(dòng)所引起的而管程流體流動(dòng)的影響可忽略不計(jì)產(chǎn)生振動(dòng)的振源為流體穩(wěn)定流動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)流體速度的波動(dòng)通過(guò)管道或其它連接件傳播的動(dòng)力機(jī)械振動(dòng)等橫向流是流體誘導(dǎo)管束振動(dòng)的主要根源 21 漩渦脫落誘導(dǎo)振動(dòng) 式子中 fV 卡門(mén)漩渦頻率 Hz St 斯特羅哈數(shù)無(wú)因次對(duì)于按正三角形與正方形排列的管束可根據(jù)節(jié)徑比 xp Sdo 計(jì)算 St 1116xp 經(jīng)計(jì)算所設(shè)計(jì)的換熱器的 St 06735 V 橫流速度 ms do 換熱管外徑 m S 換熱管的中心距 m 由此可見(jiàn)當(dāng)管束直徑一定時(shí)流速越大流體誘導(dǎo)頻率越大當(dāng)漩渦脫落頻率接或等于管束的固有頻率時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng) 振 紊流抖振是一個(gè)由隨機(jī)力作用的衰減振動(dòng)管子僅在其固有頻率附近產(chǎn)生響應(yīng)振動(dòng)的峰值出現(xiàn)在脈動(dòng)力的主頻率與管子的固有頻率重合之處脈動(dòng)力的主頻率 fb 為 式中 fb紊流脈動(dòng)的頻率 Hz U相鄰兩管間的流體平均速度 ms d0管子的外徑 m T管束的橫向管間距 m L兩個(gè)連續(xù)管排間的中心線距離 m紊流脈動(dòng)的頻率范圍較寬且具有很強(qiáng)的隨機(jī)性由紊流抖振而誘發(fā)的振動(dòng)不很規(guī)律較少導(dǎo)致大范圍的共振響應(yīng)紊流抖振不是導(dǎo)致管子破壞的主要原因而是產(chǎn)生流體彈性激振的重要因素流體彈性激振換熱器內(nèi)密集的管束中任何一根管子的運(yùn)動(dòng)都會(huì)改變周?chē)牧鲌?chǎng)流場(chǎng)的改變則使作用在相鄰管子上的流體發(fā)生相應(yīng)的改變從而使受力作用的管子發(fā)生振動(dòng)從而進(jìn)一步改變了作用在其中的流體力一根管子的位移會(huì)對(duì)相鄰的管子施加流體力而使其也產(chǎn)生位移這種流體力與彈性位移的相互作用就叫做流 體彈性激振它一般是在已有其它機(jī)理誘發(fā)起管子運(yùn)動(dòng)的情況下產(chǎn)生的其特點(diǎn)是流體速度一旦超過(guò)某一臨界速度值并稍有增加時(shí)振幅即有大幅度增加若阻尼不太大時(shí)形成的振幅將一直增大到管子互相碰撞這種振動(dòng)在流體速度減小到遠(yuǎn)低于初始速度時(shí)仍會(huì)持續(xù) 式子中 質(zhì)量阻尼參數(shù)無(wú)因次可按公式進(jìn)行計(jì)算 do 換熱器的外徑 m fn 換熱管的固有頻率 Hz Kc 比例系數(shù) 研究表明流體速度較低時(shí)振動(dòng)可能由漩渦脫落或紊流抖振引起而在速度較高區(qū)域誘發(fā)振動(dòng)機(jī)理主要是流體激振 換熱管發(fā)生振動(dòng)的基本條件是各種激振力的頻率等于或接近換熱管的固有頻率因此要想有效防 振必須分別算出漩渦脫流頻率 f1紊流抖振頻率 f2和管子的固有頻率 fn 用下式判斷 當(dāng)殼程流體是氣體或液體時(shí) 05 f1fn 0605 f2fn 06 當(dāng)管程流體是氣體或蒸汽時(shí) 08 f1fn 1208 f2fn 12 當(dāng)殼程流體是氣體或液體時(shí)應(yīng)有橫向流速 v vc 64 振動(dòng)的防止與有效利用換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動(dòng)的機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜能夠有效地防止振動(dòng)的完整的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則尚未建立起來(lái)這就需要在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)不同的操作情況采用不同的措施來(lái)防止換熱器的振動(dòng)振動(dòng)是不可避免的但是輕微的振動(dòng)不但不會(huì)帶來(lái)?yè)p壞而且還有強(qiáng)化傳熱和減少結(jié)垢的作用但是 強(qiáng)烈的振動(dòng)應(yīng)該采取必要的防振措施以減緩振動(dòng)避免換熱器振動(dòng)破壞抗振的根本途經(jīng)是激振力頻率盡量避開(kāi)管子的固有頻率工程實(shí)踐中常采用以下的抗振措施 1 制定合理的開(kāi)停工程序加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)嚴(yán)格控制運(yùn)行條件在流體入口前設(shè)置緩沖板或?qū)Я魍布瓤梢员苊饬黧w直接沖擊管束降低流速又可以減小流體脈動(dòng) 2 降低換熱器殼側(cè)流體速度是防止管束振動(dòng)的最直接的方法因?yàn)楫?dāng)傳熱元件的固有頻率不變時(shí)降低流速可使流體脈動(dòng)的頻率降低從而避免共振的產(chǎn)生但同時(shí)傳熱效率也會(huì)隨之降低 3 提高傳熱元件的固有頻率是防止振動(dòng)的另一個(gè)關(guān)鍵因素減少跨距與有效質(zhì)量增加材 料的彈性模量與慣性矩都可以提高傳熱元件的固有頻率適當(dāng)增大管壁厚度增大圓管直徑和折流板厚度折流板上的管孔與管子采用緊密配合間隙不要過(guò)大可以?xún)?yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等 4 改變管束支撐形式采用新型的縱向流管束支撐例如折流桿式空心環(huán)式整圓形異形孔折流板還可以用折流帶或折流棒來(lái)代替折流板等這些方法都可以有效地防止管束振動(dòng)振動(dòng)問(wèn)題最好是在事前預(yù)防而不是待振動(dòng)出現(xiàn)后再去修正這就要求我們能在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮各種因素只有這樣才能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加完善操作使用更加安全可靠 管心距 mm 32 管長(zhǎng) mm 6000 管子排列 △ 管數(shù) 根 232 折流板數(shù)個(gè) 29 傳熱面積 m2 100 折流板間距 mm 200 管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速 ms 0497 02176 污 垢 熱阻 m2℃ W 0000344 0000172 熱流量 KW 7786 傳熱溫差℃ 32 傳熱系數(shù) W m2K 390 裕度
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