【導(dǎo)讀】全套CAD圖紙，聯(lián)系153893706. 題目名稱(chēng)浮頭式換熱器設(shè)計(jì)。題目類(lèi)型畢業(yè)設(shè)計(jì)。系部繼續(xù)教育學(xué)院。專(zhuān)業(yè)班級(jí)2021機(jī)電一體化。時(shí)間2021年3月至2021年4月

　　

【正文】 。 按照設(shè)計(jì)要求 ， 在結(jié)構(gòu)的選取上 ， 為了增大溫差校正系數(shù) ， 采用了 24 型 ， 即殼側(cè)兩程管側(cè)四程。 首先 ， 通過(guò)換熱計(jì)算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。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 。 之后對(duì)有些部件用 公式 進(jìn)行了強(qiáng)度校核并進(jìn)行對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于時(shí)間和資料有限 ， 本人的認(rèn)識(shí)也不夠全面 ， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能還存在許多問(wèn)題 ， 望老師們給予批評(píng) 和指正。 1 熱力計(jì)算 水進(jìn)口溫度： 2t? =144℃ 水出口溫度： 2t? =163℃ 水工作壓力： P2= 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 油進(jìn)口溫度： 1t? =175℃ 油出口溫度： 1t? =155℃ 油工作壓力： P1= 殼體內(nèi)徑： DS=600mm 管箱內(nèi)徑： DN=620mm 換熱管規(guī)格： ?25 L=6000 定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算 水的定性溫度： Cttt ????????? 1631442 222 （ 1） 水的密度： ρ 2=913kg/m3 水的比熱 ： Cp2=℃ 水的導(dǎo)熱系數(shù)： k2=℃ 水的粘度： μ 2= 106 水的柏朗特?cái)?shù)： Pr2= 油 （ 柴油 ） 的定性溫度： Cttt ????????? 1652 1551752 111 （ 2） 油的密度： ρ 1=715 kg/m3 油的比熱： Cp1= kJ/kg℃ 油的導(dǎo)熱系數(shù)： k1= W/m℃ 油的粘度： μ 1= 104 油的柏朗特?cái)?shù)： 41111 ?????? ?kCp ? （ 3） 初選結(jié)構(gòu) 管排列方式 ： 32 32正方形 管子外徑： d0= 管子內(nèi)徑： di=d0（ 2 3/1000） =（取 ） （ 4） 管長(zhǎng)： L=6m 熱力計(jì)算 第 3 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 管間距： s== =(取 ) （ 5） 殼體內(nèi)徑： Ds= 管束中心排管數(shù)： 由公式 sc DdNs ??? 04)1( （ 6） 得 Nc=（取 17） 總管子數(shù)：由 ct NN ? （ 7） 得 Nt=（取 239） 選型：采用 24 型即雙殼程四管程 。 管程換熱計(jì)算及流量計(jì)算 試選傳熱系數(shù)： k0=240 W/m2℃ （ 查表 ） 傳熱面積：由 ?? tNldF00? （ 8） 得 F0= m2 逆流平均溫差： CtttttN ??????????? 1920ln 1920)l n ( 小大 小大 （ 9） 參數(shù)： 19144175 1441632122 ???????? ????? tt ttP （ 10） 20214163 1551752211 ????????? ????? tt ttR （ 11） 溫差校正系數(shù)：按 2 殼程 4 管程查表得 ?? 有效平均溫差： Ctt Nm ???????? ? （ 12） 設(shè)計(jì)傳熱量： WtkFQ m 4 6 3 8 2 5 . 6 7 4 1 2021 ???????? （ 13） 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 換熱效率：取 η = 油流量： hkgttCp QG / )( 111 01 ???? ??????? ? （ 14） 水流量： 02 2 2 2 3 6 0 0 7 8 6 2 4 4 3 4 4 8 4 /( ) 4 .3 2 1 9 1 0 0 0QG k g hC p t t ?? ? ??? ?? ? ? （ 15） 管程流通截面 （ 按 4 管程 ） ： 2222 )4400(4)4( mdNa it ???? ?? （ 16） 管程流速： 22 22 34484 0 . 7 8 9 /3 6 0 0 9 1 3 0 . 0 1 3 3 3 6 0 0Gw m sa?? ? ?? ? ? （ 17） 管程雷諾數(shù)： 5547810168 62222 ?? ???? ??? idw （ 18） 管程換熱系數(shù)： CmWdth i??????????/)()(3605)100/()(3605222 ? （ 19） 殼程換熱計(jì)算 折流板的設(shè)計(jì)：縱向折流板中間分程 ， 橫向安置弓形折流板 弓形折流板弓高： mDh s ???? （ 20） 折流板間距： mDB s ??? （ 21） 殼程流通截面： 201 ) ()1(21 msdBDa s ???????? （ 22） 殼程流速： 熱力計(jì)算 第 5 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) smaGw / )360058231()3600( 1111 ???? ? （ 23） 殼程量流速 smkgwW 2111 / ???? ? （ 24） 殼程當(dāng)量直徑： mdN dNDd t tse 220202 ?? ????? （ 25） 殼程雷諾數(shù)： 43053 411 ????? ?? ef dW （ 26） 切去弓形面積所占比例：查圖得 ?Tf aa （ 27） 殼程傳熱因子：查圖得 96?sj 管外壁溫度： ?1Wt假定后再?gòu)?fù)核 ， 設(shè) ?1Wt=160℃ 壁溫下的粘度： sPaW ??? ?? （ 28） 粘度修正系數(shù)： )()( 1???W??? （ 29） 殼程換熱系數(shù)： CmWjdkh s ????????? 231131011 / ? （ 30） 傳熱系數(shù) 水側(cè)污垢熱阻： 51 17 .2 10r ??? m2℃ /W 油側(cè)污垢熱阻： 52 52 .0 10r ??? m2℃ /W 管壁熱阻： r 忽略 總傳熱熱阻： 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 0012122111 1 /iiddr r rh d h dm C W? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? （ 31） 傳熱系數(shù)： ??? ?rk j （ 32） 傳熱系數(shù)的比值： 4 0/ 0 6/ 0 ??kk j （ 33） 合適 管外壁熱流密度： 786244001 ????? ?? ldN Qq t=4118W/m2℃ （ 34） 管外壁溫度： )1(11111 rhqttW ???? 11 7 5 4 1 1 8 ( 0 .0 0 0 1 7 2 )5 8 3 .5? ? ? ?=℃ （ 35） 誤差校核： ????11 WWW ttt==℃ （ 36） 誤差不太大 ， 不再重算。 管程壓降 壁溫： )1(11112 rhqttW ??? 11 5 3 .5 4 1 8 8 0 .0 0 1 7 25 8 3 .5? ? ? ?（ ）=℃ （ 37） 壁溫下水的粘度： SPaW ??? ?? 管程摩擦系數(shù)：查表得 ?i? 管子沿程壓降： 1 4 1 3 1 3 P 489132 )()()()2(22222????? ?????? ??? iini dLWPi （ 38） 回彎壓降： 熱力計(jì)算 第 7 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) tr nWP 4)2( 222 ???? 2 ???? ?? ）（ （ 39） 進(jìn)出口管處質(zhì)量流速： smkgwW N 222 /2 ???? 進(jìn)出口? （ 40） 進(jìn)出管口處壓降： PaWP NN )2(2222 ??????? ? （ 41） 管程結(jié)垢校正 系數(shù)：根據(jù) r2及Φ 19? 3 得 2 ? ? 管程壓降： PaPPPP Ndri )( )( 222 ????? ???????? ? （ 42） 殼程壓降 當(dāng)量直徑： mdNDdNDdtstse 2220202??? ??????? （ 43） 雷諾數(shù)： 39965 4111 ??????? ?? edW （ 44） 殼程摩擦系數(shù)：查表得 ?? 管束壓降： PaddnDWPeeBs) (][7152 599])1()[(2101210??? ?????????）（）（??? （ 45） 管嘴 處質(zhì)量流量： 1 2 2 27 1 5 1 .5 1 6 0 8 .8 /NW w k g m s?? ? ? ?進(jìn) 出 口 （ 46） 進(jìn)出口管壓降： PaWP NN ]2[21221 ??????? ? （ 47） 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 導(dǎo)流板阻力系數(shù)：取 5?ip? 導(dǎo)流板壓降： PaWPipNip ]2[2122 ??????? ?? （ 48） 殼程結(jié)垢修正系數(shù)：查表取 0 ?d? 殼程壓降： PaPPPP Nipd 1001 ????? ??????? ? （ 49） 壓強(qiáng)校核 管程工作壓力 P2=， 查表得 ? ? MPP ?? 殼程工作壓力 P1=， 查表得 ? ? MPP ?? 壓強(qiáng)校核： ][ 22 PP ??? 符合要求 ][ 11 PP ??? 符合要求 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱流程設(shè)計(jì) 采用 2 殼程 4 管程的 24 型換熱器。由于換熱器尺寸不大 ， 可以用一臺(tái) ， 未考慮采用多臺(tái)組合使用。管程分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu) ， 其主要優(yōu)點(diǎn)是布管緊密。殼體分程采用縱向隔板。 管程的分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 ， 其主要優(yōu)點(diǎn)是布管緊密。 圖 1 丁字形隔板 管子和傳熱面積 換熱管除要求具有足夠的強(qiáng)度外 ， 當(dāng)采用脹管法固定時(shí) ， 還要求管子有良好的塑性 ， 避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。焊接固定時(shí) ， 要求管子可焊性好 ， 一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼 ， 以保證管子質(zhì)量 ， 一般對(duì)于無(wú)腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用 10 號(hào)鋼和 20 號(hào)鋼管 ， 在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下 ， 可采用不銹鋼 （ rC1 18 iN 9 iT ） 、鋼、鋁等無(wú)縫管 ， 在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下 ， 可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油 腐蝕性不大 ， 故可采用碳鋼 ， 現(xiàn)選擇 20 號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用 319?? 的無(wú)縫鋼管 管子總數(shù)為 400 根。其傳熱面積為： 20 mLNdF t ?????? ?? 管子排列方式 管子在管板上的排列方式 ， 應(yīng)力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要求?；镜呐帕蟹绞接形宸N： 等邊三角形。 其一邊與流向垂直 ， 是最常用的形式。 與正方形排列相比傳熱系數(shù)高 ， 可節(jié)省 15%的管板面積。適用于不生污垢或可用化學(xué)清洗污垢以及允許壓降較高的工況； 轉(zhuǎn)角三角形。三角形的一邊與流向平 行 ， 其特點(diǎn)介于等邊三角行和正方形兩種排列之間 ，不宜用于臥式冷凝器 ， 因下方管子形成的厚度越來(lái)越厚的凝膜會(huì)使傳熱削弱； 正方形排列最不緊湊 ， 但便于機(jī)械清掃 ， 常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換熱器； 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 同心圓排列。用于小殼徑換熱器時(shí)比正三角形排列還緊湊 ， 靠近殼體的地方布管均勻。 對(duì)于多管程換熱器常采用組合排列法 ， 每程均屬正三角形排列 ， 而各層面間呈正方形排列 ， 以便于安排分程隔板。 綜合比較以上幾種布管方式 ， 可采用組合排列形式 ， 中間 正方形 ， 其余 三角形 。布管位置如圖 2 示。十字形的走廊是為了裝設(shè)分程隔板 ， 故有殼程流體的泄漏和旁 流的問(wèn)題 ， 共有239 個(gè)管孔 ， 其中 6 個(gè)孔為安裝拉桿用。 圖 2 管子排列 殼體 殼體材料除要滿足一定的強(qiáng)度外，由于制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的 R3? 、 nR?16 等，現(xiàn)選用 nR?16 鋼。 殼體內(nèi)徑 Ds=600mm 殼體壁厚： cppDt S ??? ??? ][2 （ 50） t][? 為殼 體工作溫度下的許用應(yīng)力 ， 已知?dú)こ淘O(shè)計(jì)溫度為 220℃ ， 則 tw220℃